3D引擎中大規(guī)模海面實(shí)時(shí)渲染及場景管理研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，三維圖形引擎技術(shù)逐漸成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容之一。它在虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字城市、影視廣告、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和科學(xué)計(jì)算可視化等各個(gè)方面都發(fā)揮著巨大的作用。用計(jì)算機(jī)模擬自然界的各種自然現(xiàn)象是三維圖形引擎中的關(guān)鍵技術(shù)。自然景物有著形態(tài)復(fù)雜，隨機(jī)變化等特點(diǎn)，難以用確定的數(shù)學(xué)模型來表達(dá)和研究。與模擬火焰、云、山脈和雨水等自然現(xiàn)象相比，海面以其復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)則和光學(xué)特性使得對海面的模擬更加具有挑戰(zhàn)性。 對此，本文

2、從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀出發(fā)，對海面的幾何建模和光學(xué)建模進(jìn)行深入研究，并在海面網(wǎng)格生成技術(shù)和大規(guī)模海面的場景管理上進(jìn)行改進(jìn)。從而給出大規(guī)模海面實(shí)時(shí)渲染的步驟和大規(guī)模海面場景管理的優(yōu)化算法。 在海面的幾何建模方面，以現(xiàn)有的投影網(wǎng)格LOD算法為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)造出限制采樣精度的投影網(wǎng)格，此方法改進(jìn)了舊的投影網(wǎng)格算法在視點(diǎn)離水面較近時(shí)采樣頻率陡增，采樣點(diǎn)過密而導(dǎo)致水面網(wǎng)格不平滑的現(xiàn)象，能很好地與快速傅立葉變換(FFT)算法生成的水面相結(jié)合。同時(shí)該

3、算法也在一定程度下減少了投影網(wǎng)格的三角形面片數(shù)，提高了渲染效率。 在海面高度場的生成方面，本文對各種文獻(xiàn)資料進(jìn)行深入分析研究之后，運(yùn)用海洋統(tǒng)計(jì)學(xué)公式模擬出復(fù)雜的海面起伏的效果。并且這種統(tǒng)計(jì)海波算法可以表示為FFT的形式。因此，采用這種算法，可以快速的將各種不同頻率的波混合疊加在一起，產(chǎn)生具有更加復(fù)雜行為的波，這樣就可以模擬出非常逼真的海面效果。 在光學(xué)建模方面，本文改進(jìn)了HDR算法和基于紋理動(dòng)畫的Normal Mappi

4、ng算法，并提出了將多種光學(xué)效果融合的計(jì)算公式，提高了海面的光效真實(shí)感。 在大規(guī)模海面場景的管理方面，通過對渲染流程的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了對海面場景管理的特殊性要求。可以對海面、海底場景進(jìn)行正確的裁減，減少不必要的渲染，提高渲染速度。 此外，通過在原創(chuàng)的三維圖形引擎中將上述算法實(shí)現(xiàn)，得到了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。應(yīng)用證明上述算法很好地滿足了虛擬海面的實(shí)時(shí)漫游的需要。 最后，對海面實(shí)時(shí)渲染的算法進(jìn)行小結(jié)，并提出了改進(jìn)建議以及進(jìn)一步