大規(guī)模復(fù)雜場(chǎng)景的加速繪制方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、大規(guī)模三維復(fù)雜場(chǎng)景的交互式繪制在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，如三維數(shù)字游戲、地理信息系統(tǒng)、科學(xué)計(jì)算可視化等。隨著用戶對(duì)圖形繪制效果和速度的要求不斷提高，三維場(chǎng)景的規(guī)模和復(fù)雜度的增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)快于圖形硬件繪制能力的提高速度。在圖形繪制軟件上進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化是加快大規(guī)模復(fù)雜場(chǎng)景繪制的有效方法。大規(guī)模復(fù)雜場(chǎng)景的加速繪制方法是當(dāng)前圖形學(xué)中比較重要的研究方向。 室外城市場(chǎng)景是建筑物之間相互遮擋的大規(guī)模復(fù)雜場(chǎng)景，對(duì)于此類高度遮擋場(chǎng)景，遮擋裁剪是最有

2、效的加速繪制方法。本文研究和實(shí)現(xiàn)了基于GPU遮擋查詢的連續(xù)層次化可見(jiàn)性計(jì)算方法。根據(jù)場(chǎng)景的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特征對(duì)場(chǎng)景空間進(jìn)行合理劃分，構(gòu)建場(chǎng)景的空間層次結(jié)構(gòu)，以便快速鑒別一組不可見(jiàn)幾何體，這是場(chǎng)景可見(jiàn)性計(jì)算的首要前提。在高遮擋場(chǎng)景中漫游時(shí)相鄰幀之間視野變化范圍較小，可以充分利用可見(jiàn)性的時(shí)空連續(xù)性來(lái)減少層次節(jié)點(diǎn)可見(jiàn)性的判斷次數(shù)，同時(shí)利用該特征解決GPU遮擋查詢所存在的CPU等待和GPU空閑問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)CPU與GPU的并行計(jì)算和負(fù)載平衡。實(shí)驗(yàn)證明，基

3、于GPU的連續(xù)層次化可見(jiàn)性計(jì)算方法可以有效提高大規(guī)模復(fù)雜場(chǎng)景的繪制速度。 大規(guī)模復(fù)雜地形的實(shí)時(shí)繪制是圖形學(xué)中的研究熱點(diǎn)，是三維圖形引擎中既基礎(chǔ)又重要的組成部分。由高度圖構(gòu)建的地形模型中的三角形面片數(shù)目巨大，交互繪制地形模型的全部幾何細(xì)節(jié)超出一般圖形硬件的實(shí)時(shí)繪制能力。本文研究和實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模復(fù)雜地形的多層次化繪制方法，融合了視點(diǎn)相關(guān)的多分辨率層次細(xì)節(jié)技術(shù)和基于地平線遮擋裁剪的層次化可見(jiàn)性計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大規(guī)模復(fù)雜地形的實(shí)時(shí)加速繪

4、制。研究和改進(jìn)了基于GeoMipMaps的層次細(xì)節(jié)算法，對(duì)地形進(jìn)行合理的塊分割，構(gòu)建地形的空間層次結(jié)構(gòu)，根據(jù)視覺(jué)重要性原則實(shí)時(shí)為各地形塊生成分辨率合適的細(xì)節(jié)模型。地形塊層計(jì)細(xì)節(jié)的計(jì)算過(guò)程是簡(jiǎn)潔高效的，CPU耗費(fèi)較低，獲得的幾何模型規(guī)模適中，使用三角形條帶方式連接網(wǎng)格頂點(diǎn)，可充分利用圖形渲染管線的繪制能力。本文研究和實(shí)現(xiàn)了基于地平線遮擋裁剪的層次化可見(jiàn)性計(jì)算方法，離線計(jì)算地形的全局層次化地平線遮擋圖，在實(shí)時(shí)繪制時(shí)根據(jù)該遮擋圖判斷層次節(jié)點(diǎn)的