三維復(fù)雜場(chǎng)景實(shí)時(shí)繪制技術(shù).pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)用戶對(duì)圖形逼真度與實(shí)時(shí)性需求的不斷提高，三維場(chǎng)景日益復(fù)雜，使用直接繪制方法則會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)計(jì)算機(jī)硬件繪制能力。因此，人們更加重視三維復(fù)雜場(chǎng)景的圖形繪制的算法與軟件加速技術(shù)，使得這一領(lǐng)域成為重要的研究領(lǐng)域和極富挑戰(zhàn)性的課題。本文研究三維復(fù)雜場(chǎng)景的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)，并注意兼顧場(chǎng)景畫(huà)面的真實(shí)感。文中對(duì)大面積植物的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)、復(fù)雜自然環(huán)境中的水與光照及基于物理的實(shí)時(shí)布料運(yùn)動(dòng)仿真等內(nèi)容進(jìn)行了深入研究。 目前基于L-System的植物生

2、長(zhǎng)模型主要針對(duì)單一植物的生長(zhǎng)過(guò)程，不適合描述復(fù)雜的群體在生長(zhǎng)過(guò)程中的交互及與環(huán)境的交互問(wèn)題，因此，提出了面向?qū)ο驦-System模型，它具有更強(qiáng)的描述植物個(gè)體之間、植物與環(huán)境之間的交互能力。大范圍森林繪制一直是一個(gè)非常復(fù)雜的研究領(lǐng)域，在諸如游戲這類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)中，既要表現(xiàn)森林的真實(shí)性，又要解決實(shí)時(shí)性問(wèn)題，還涉及物理模擬、人工智能等計(jì)算，這更是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。本文針對(duì)這種問(wèn)題提出了多層次大范圍森林繪制模型，根據(jù)人視覺(jué)感知的多層次原理與視覺(jué)感知

3、重要性度量，融合了場(chǎng)景分割、Slicing技術(shù)、MMI技術(shù)和替代物紋理管理技術(shù)等，利用高動(dòng)態(tài)范圍調(diào)度解決同一場(chǎng)景中樹(shù)木視覺(jué)真實(shí)感精細(xì)與實(shí)時(shí)性繪制之間的平衡問(wèn)題。對(duì)大面積草地的繪制技術(shù)，本文采用簡(jiǎn)單的多邊形繪制每株草，通過(guò)線性排列形成草地，并基于LBM模型引入了風(fēng)力場(chǎng)，模擬了草地的波動(dòng)，并研究了基于GPU的加速繪制方法。這種實(shí)現(xiàn)算法的實(shí)時(shí)性好，在對(duì)草地真實(shí)感要求不高的應(yīng)用中有非常好的效果。 復(fù)雜自然環(huán)境涉及的研究課題很多，本文主要

4、研究水與光照。對(duì)于水面的模擬，使用GPGPU對(duì)二維波動(dòng)方程進(jìn)行快速求解，實(shí)現(xiàn)了效果良好的水面模擬。文中在研究光照模型的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了延遲光照技術(shù)和HDR技術(shù)，研究了基于HDR的延遲光照技術(shù)，在延遲光照的后處理階段引入HDR，發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)，并基于GPU實(shí)現(xiàn)了加速繪制。實(shí)驗(yàn)表明，使用基于HDR的延遲光照技術(shù)，表現(xiàn)的場(chǎng)景更加真實(shí)，細(xì)節(jié)表現(xiàn)更加豐富。在延遲光照中，使用HDR技術(shù)，雖然降低了繪制速度，但仍然可以達(dá)到25FPS。 實(shí)時(shí)