地形合成一直是计算机图形图像领域的热点和难点。利用计算机模拟的大场景可用于三维游戏、战场环境、影视特效等领域。当前的地形合成涉及较多计算,用户难以直接控制,合成的地形不够逼真。为了给用户提供一种简洁的、可创意的地形合成方式,本文主要研究基于单样本的大场景高度图合成技术。最终设计并实现一个可交互的地形高度图合成软件系统。主要研究成果和创新点如下:(1)针对样本地形图的骨架提取问题,研究并实现了基于剖面识别和最小生成树的地形骨架提取方法。扫描地形图,根据采样间隔获得采样点;连接相邻采样点,构建带权无向图;利用最小生成树方法拆解无向图,生成地形骨架雏形;进行剪枝操作,删除地形骨架的冗余枝叶来精简骨架;平滑骨架的特征点,得到地形骨架;(2)针对二维灰度地形图的山脊线提取问题,提出并实现了基于漫水填充的山脊线提取方法。通过构建掩膜图像模拟积水淹没山地,在掩膜图像中绘制前景轮廓作为积水与山地的分界线;利用漫水填充收缩掩膜图像的前景轮廓,根据水面交汇条件标记掩膜图像中轮廓交汇的点;待轮廓收缩完毕,提取出山脊线;(3)针对用户草图的骨架提取和骨架特征图构建问题,提出并实现了基于漫水填充的骨架特征图构建方法。将图像抽象为地形模型,采用基于漫水填充法的山脊线提取方法提取骨架,得到骨架点集;根据骨架点集构建特征节点,根据特征节点搜索路径构建特征边,最终得到用户草图的骨架特征图;(4)针对基于单样本合成符合用户草图期望的地形高度图问题,提出并实现了基于图像块匹配代价函数的地形高度图合成方法。根据地形骨架和草图骨架构建含有骨架的图像块和不含有骨架的图像块;构建图像块匹配代价函数,为每个草图图像块挑选出匹配代价最小的样本图像块,并绘制至合成高度图中对应位置,最终合成基于单样本且符合用户草图期望的大场景地形高度图;(5)设计并实现了基于单样本的大场景地形高度图合成系统。为验证本文方法的可行性和有效性,通过详细的需求调研,实现了图像显示、骨架提取、地形高度图合成以及地形渲染等功能模块。该系统实际运行稳定,使用效果良好。