文档介绍：电子科技大学
硕士学位论文
大规模复杂场景的加速绘制方法研究与实现
姓名:何旭锋
申请学位级别:硕士
专业:计算机软件与理论
指导教师:蔡洪斌
20090501
摘要大规模三维复杂场景的交互式绘制在很多领域都有广泛的应用前景,如三维数字游戏、地理信息系统、科学计算可视化等。随着用户对图形绘制效果和速度的要求不断提高,三维场景的规模和复杂度的增长速度远快于图形硬件绘制能力的提高速度。在图形绘制软件上进行技术优化是加快大规模复杂场景绘制的有效方法。大规模复杂场景的加速绘制方法是当前图形学中比较重要的研究方向。室外城市场景是建筑物之间相互遮挡的大规模复杂场景,对于此类高度遮挡场景,遮挡裁剪是最有效的加速绘制方法。本文研究和实现了基于诘膊檠的连续层次化可见性计算方法。根据场景的内在结构特征对场景空间进行合理划分,构建场景的空间层次结构,以便快速鉴别一组不可见几何体,这是场景可见性计算的首要前提。在高遮挡场景中漫游时相邻帧之间视野变化范围较小,可以充分利用可见性的时空连续性来减少层次节点可见性的判断次数,同时利用该特征解决诘膊檠嬖诘腃等待和障形侍猓迪諧与并行计算和负载平衡。实验证明,基于牧愦位杉约扑惴椒ǹ梢杂效提高大规模复杂场景的绘制速度。大规模复杂地形的实时绘制是图形学中的研究热点,是三维图形引擎中既基础又重要的组成部分。由高度图构建的地形模型中的三角形面片数目巨大,交互绘制地形模型的全部几何细节超出一般图形硬件的实时绘制能力。本文研究和实现了大规模复杂地形的多层次化绘制方法,融合了视点相关的多分辨率层次细节技术和基于地平线遮挡裁剪的层次化可见性计算方法,实现了对大规模复杂地形的实时加速绘制。研究和改进了基于的层次细节算法,对地形进行合理的块分割,构建地形的空间层次结构,根据视觉重要性原则实时为各地形块生成分辨率合适的细节模型。地形块层计细节的计算过程是简洁高效的,费较低,获得的几何模型规模适中,使用三角形条带方式连接网格顶点,可充分利用图形渲染管线的绘制能力。本文研究和实现了基于地平线遮挡裁剪的层次化可见性计算方法,离线计算地形的全局层次化地平线遮挡图,在实时绘制时根据该遮挡图判断层次节点的可见性。实验证明,融合多分辨率层次细节技术和地平线遮挡裁剪技术的多层次化绘制方法可以实现对大规模复杂地形的实时加速绘制。摘要
本文最后对大规模复杂场景加速绘制技术的发展方向进行了一些展望,并提出了一些在该领域值得进一步研究的方向。关键词:场景空间层次结构,可见性时空连续性,地形块层次细节,地平线遮挡裁剪摘要
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摊。一言耋了三二夕享毫痴芜签名:厶氕杞≯嗍辍日独创性声明关于论文使用授权的说明及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文等复制手段保存、汇编学位论文。C艿难宦畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑
第一章绪论研究目的和意义大规模三维复杂场景的交互式绘制在很多领域都有广泛的应用前景,如三维数字游戏、地理信息系统、科学计算可视化等。随着用户对图形绘制效果和速度效方法。大规模复杂场景的加速绘制方法是当前图形学中比较重要的研究方向。在典型的三维图形技术应用领域用中,需要实时绘制具有真实感和交互式的三维虚拟场景。所谓场景的真实感是指计算机图形系统绘制的画面图像应该具有合物理规律的光照计算去模拟自然界的光照,甚至需要模拟一些特殊效果,如水波、烟雾、气浪、尾烟及爆炸等。所谓场景的可交互性是指图形系统对于用户的刷新应该相当光滑,而无闪烁感。场景的真实感和交互性是一对矛盾体,场景的真实感愈高,规模和复杂度就愈大,需要更多的计算量和绘制时间;为使场景具有良好的可交互性,就应该减少计算量和绘制时间,提高场景的绘制速度。现有衡,在保证场景可交互的前提下,绘制适度规模和复杂度的场景。图形硬件技术的发展日新月异,图形处理单元姆⒄顾俣瘸Χ的规模和复杂度不断增加,仅仅依赖于图形硬件加速绘制技术,并不能满足实际硬件的单位时间内的处理能力总是有限的。通过研究场景的内在结构和人类视觉感知规律,设计和实现大规模复杂场景的加速绘制方法是必要的,也是图形学发的要求不断提高,使得三维场景规模和复杂度的增长速