可變形模型建模與渲染關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在視頻游戲,電影動(dòng)畫(huà),虛擬現(xiàn)實(shí)等行業(yè)中起著越來(lái)越重要的作用,而在這些應(yīng)用中,經(jīng)常會(huì)需要對(duì)模型進(jìn)行變形模擬。目前常用的變形模擬方法可以分為非物理方法和基于物理的方法兩大類(lèi)。另外,隨著三維掃描儀的性能提高,目前通過(guò)掃描可以很方便地獲得非常精細(xì)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)表示的模型,由于點(diǎn)模型不需要保存任何的拓?fù)湫畔?不用擔(dān)心變形引起的拓?fù)渥兓挠?jì)算代價(jià)的問(wèn)題,但是點(diǎn)模型的數(shù)據(jù)量通常要比三角網(wǎng)格模型要多得多,如何

2、高效地對(duì)點(diǎn)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮是點(diǎn)模型研究課題中的一個(gè)熱點(diǎn)方向,另外,由于點(diǎn)模型是由完全離散的點(diǎn)表示的模型,如何產(chǎn)生連續(xù)沒(méi)有空洞的表面也是點(diǎn)模型渲染中需要解決的重要問(wèn)題。
　　 本文首先對(duì)基于形狀匹配的變形模擬算法進(jìn)行重點(diǎn)研究。形狀匹配在2005年由Muller等提出的,由于其建模簡(jiǎn)單,計(jì)算速度快,易于擴(kuò)展,魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn),引起了極大的關(guān)注。本文對(duì)形狀匹配的基礎(chǔ)算法,以及由其擴(kuò)展出來(lái)的FastLSM算法和FASMD算法進(jìn)行了詳細(xì)的分

3、析和介紹,并在其基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的基于KD樹(shù)的形狀匹配算法。在本文的形狀匹配變形算法中,使用KD樹(shù)的結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)模型中的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織,使用KD樹(shù)的層次結(jié)構(gòu)快速得到節(jié)點(diǎn)的K最近鄰域來(lái)作為形狀匹配區(qū)域,并對(duì)KD樹(shù)中的節(jié)點(diǎn)可以執(zhí)行快速分層求和,然后依據(jù)形狀匹配的思想對(duì)模型進(jìn)行變形模擬。本文的變形算法具有建模簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、無(wú)條件穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
　　 然后,本文對(duì)于點(diǎn)模型的渲染技術(shù)進(jìn)行了介紹,文中使用了一種基于KD樹(shù)的點(diǎn)模型渲染技術(shù),選擇

4、與變形算法使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相同,這樣可以方便地對(duì)變形后的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行渲染。在文中,使用均衡KD樹(shù)的結(jié)構(gòu)對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行組織,對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)以盡量壓縮的方法來(lái)表示它的位置、法向量、法向錐、顏色等屬性,在渲染時(shí),可根據(jù)KD樹(shù)自身的層次結(jié)構(gòu)來(lái)方便地選擇細(xì)節(jié)層次,并對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行視錐體裁剪、背向面剔除、遮擋處理等來(lái)提高渲染的速度。
　　 最后,將本文中介紹的基于KD樹(shù)的形狀匹配算法以及點(diǎn)模型的渲染,用于虛擬戰(zhàn)場(chǎng)中的爆炸沖擊波對(duì)周?chē)矬w的毀壞模擬