基于硬件加速的虛擬場景繪制.pdf

1、計(jì)算機(jī)虛擬三維場景繪制作為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的重要組成部分,是當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方面的熱門領(lǐng)域之一.它可以為人們提供非常直觀自然的交互界面,因此已經(jīng)在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、數(shù)字娛樂和計(jì)算機(jī)藝術(shù)等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用.在這眾多的應(yīng)用中一般都會(huì)包括以下兩個(gè)部分:虛擬三維場景繪制和虛擬三維場景與相關(guān)物體的交互.場景繪制就是要把虛擬系統(tǒng)中的所有景物綜合起來以三維圖形的方式呈現(xiàn)給用戶.然而現(xiàn)在的三維場景日益復(fù)雜,對(duì)繪制效果的要求也在提高.與此同時(shí),硬件

2、上近年來圖形處理器(GPU)不僅在性能上有了大幅度的提高,功能也獲得了增強(qiáng),出現(xiàn)了可編程繪制的特性.本文簡述了可編程圖形處理器硬件和相對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)繪制語言的發(fā)展過程,介紹了可編程圖形處理器加速繪制的原理和使用方法,這是本文工作的主要基礎(chǔ).通過充分利用現(xiàn)在可編程圖形處理器的可編程功能,可以有效地提高繪制的性能.在此基礎(chǔ)上,本文說明了利用可編程圖形處理器進(jìn)行繪制的方法,并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)繪制的三維海底場景.其中由在CPU上運(yùn)行的主程序維護(hù)整體的數(shù)據(jù)結(jié)

3、構(gòu)與運(yùn)行狀態(tài),而具體的繪制運(yùn)算主要在圖形處理器(GPU)上執(zhí)行.首先,進(jìn)行了實(shí)時(shí)的光照計(jì)算、多樣性霧效果模擬和水草運(yùn)動(dòng)控制.光照計(jì)算中實(shí)現(xiàn)了基于像素的光照計(jì)算,采用了經(jīng)典的Blinn-Phong光照模型和一種適合海底場景的自然光照,提高了光照渲染效果.多樣性霧效果模擬中包括基于海洋深度的層次霧效果和進(jìn)一步的動(dòng)態(tài)霧效果.通過對(duì)水草運(yùn)動(dòng)的控制實(shí)現(xiàn)了水草在水中擺動(dòng)的動(dòng)畫效果.其次,為了對(duì)海底場景中從水底不斷涌出的水泡進(jìn)行模擬,采用粒子系統(tǒng)的思