海量三維模型的交互繪制.pdf

1、隨著信息獲取和計算能力的不斷增強，計算機輔助設計和計算機仿真技術取得了巨大的進步。今天，人們可以方便地構造出各種復雜的數(shù)字模型，包括CAD模型、掃描模型以及各種科學仿真模型等，它們在工業(yè)設計、影視娛樂、模擬仿真等領域中發(fā)揮了越來越重要的作用。由于海量模型通常占據(jù)GB級的存儲空間，因此如何高效存取和交互繪制這些海量模型已成為計算機圖形學和虛擬現(xiàn)實領域的一個挑戰(zhàn)性問題。
　　 本文研究海量三維模型交互繪制技術，其主要目標是利用CPU

2、和GPU的計算能力，在內存有限的情況下交互地生成海量模型的動態(tài)圖像，幫助人們更好地理解場景。海量三維模型交互繪制技術主要分為兩部分：預處理部分和交互繪制部分。在預處理部分中，利用空間剖分和物體聚簇算法對輸入的海量模型場景生成空間剖分索引，然后使用簡化算法為場景生成LOD模型。在交互繪制部分，基于空間索引與LOD模型，綜合使用可見性剔除、LOD細節(jié)剔除與外存數(shù)據(jù)調度等技術來實現(xiàn)海量三維模型的交互繪制。
　　 基于所提出的繪制和處理

3、算法，本文研發(fā)了一個基于外存調度的海量三維模型交互繪制系統(tǒng)：Adaptive Voxels，在主流PC硬件平臺上實現(xiàn)了海量三維模型的交互繪制。本文的主要貢獻有：
　　 1.提出了基于雙層BSP的場景樹結構和相應的文件格式。采用單一BSP結構的場景樹由于其二叉樹較深，在進行編輯操作時更新代價較大，本文使用結合粗粒度場景BSP與細粒度物體BSP的雙層BSP場景樹結構。在進行物體編輯時，物體BSP結構保持不變，僅更新粗粒度的場景BSP

4、，因而其更新代價較小。在繪制時，細粒度的物體BSP保證了可見性剔除算法的效率。本文采用了基于塊的外存文件格式，能夠累積地保存交互編輯結果，而不需要將整個場景數(shù)據(jù)重新保存，從而提高了操作效率。同時這種場景樹結構貫穿了系統(tǒng)的預處理數(shù)據(jù)調度和交互繪制整個過程，有效簡化了場景數(shù)據(jù)的訪問操作。
　　 2.提出了基于GPU采樣的自適應體素模型簡化算法。利用GPU對模型采樣得到的材質紋理、法向紋理與深度紋理合成體素化的簡化模型，同時根據(jù)模型幾

5、何自適應地選取采樣點，減少采樣數(shù)量，提高了系統(tǒng)效率。另外本文采用基于外存文件的簡化策略，對海量模型的簡化操作提供了支持。同時我們對采樣結果進行編碼，生成適合GPU繪制的數(shù)據(jù)格式，為交互繪制做準備。
　　 3.提出了新的基于外存數(shù)據(jù)的交互繪制算法。該方法將LOD簡化模型加入到實時遮擋剔除算法中，有效提高了可見性剔除算法的效率，同時采用基于LRU分配策略的內存池和顯存池技術來消除存儲碎片，最終形成了一個結合視域剔除、遮擋剔除、外存調