大規(guī)模復雜場景的加速繪制方法研究與實現.pdf

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

2、效的加速繪制方法。本文研究和實現了基于GPU遮擋查詢的連續(xù)層次化可見性計算方法。根據場景的內在結構特征對場景空間進行合理劃分，構建場景的空間層次結構，以便快速鑒別一組不可見幾何體，這是場景可見性計算的首要前提。在高遮擋場景中漫游時相鄰幀之間視野變化范圍較小，可以充分利用可見性的時空連續(xù)性來減少層次節(jié)點可見性的判斷次數，同時利用該特征解決GPU遮擋查詢所存在的CPU等待和GPU空閑問題，實現CPU與GPU的并行計算和負載平衡。實驗證明，基

3、于GPU的連續(xù)層次化可見性計算方法可以有效提高大規(guī)模復雜場景的繪制速度。 大規(guī)模復雜地形的實時繪制是圖形學中的研究熱點，是三維圖形引擎中既基礎又重要的組成部分。由高度圖構建的地形模型中的三角形面片數目巨大，交互繪制地形模型的全部幾何細節(jié)超出一般圖形硬件的實時繪制能力。本文研究和實現了大規(guī)模復雜地形的多層次化繪制方法，融合了視點相關的多分辨率層次細節(jié)技術和基于地平線遮擋裁剪的層次化可見性計算方法，實現了對大規(guī)模復雜地形的實時加速繪

4、制。研究和改進了基于GeoMipMaps的層次細節(jié)算法，對地形進行合理的塊分割，構建地形的空間層次結構，根據視覺重要性原則實時為各地形塊生成分辨率合適的細節(jié)模型。地形塊層計細節(jié)的計算過程是簡潔高效的，CPU耗費較低，獲得的幾何模型規(guī)模適中，使用三角形條帶方式連接網格頂點，可充分利用圖形渲染管線的繪制能力。本文研究和實現了基于地平線遮擋裁剪的層次化可見性計算方法，離線計算地形的全局層次化地平線遮擋圖，在實時繪制時根據該遮擋圖判斷層次節(jié)點的