基于可編程硬件的骨骼蒙皮動畫的設計與實現(xiàn).pdf_第1頁
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文檔簡介

1、角色動畫是最近十年來計算機科學最活躍的領域之一,它廣泛應用于虛擬現(xiàn)實、計算機輔助設計、廣告媒體和數(shù)字娛樂等諸多領域。隨著計算機硬件技術的發(fā)展,特別是消費級別的帶有硬件加速功能的顯卡技術的發(fā)展,實時角色動畫逐漸獲得了越來越廣泛的應用。實時角色動畫具有巨大的經(jīng)濟前景和理論研究意義。本文對可編程圖形硬件和實時角色動畫做了深入研究,給出了現(xiàn)在使用最為廣泛的實時角色動畫——骨骼蒙皮動畫在可編程圖形硬件上的設計實現(xiàn)。 實時角色動畫分為三種:

2、關節(jié)動畫、單一網(wǎng)格模型動畫和骨骼蒙皮動畫,本文對這三種動畫技術做了深入研究。骨骼蒙皮動畫可被看作關節(jié)動畫和單一網(wǎng)格模型動畫的結(jié)合,它不但具有前兩種動畫的優(yōu)點,同時克服了前兩種動畫的缺點。但是骨骼蒙皮動畫使用的頂點混合技術需要大量的矩陣運算,以前這是由CPU來實現(xiàn)的,這給CPU造成了極大的負擔,降低了動畫的實時性?,F(xiàn)在可編程硬件圖形硬件的發(fā)展為解決這一問題提供了可能。 本文對可編程圖形硬件及其編程語言和編程方法做了詳細介紹。目前圖

3、形硬件中的圖形處理器(GPU)計算能力的增長速度已經(jīng)超過了CPU計算能力的增長速度,圖形硬件技術一個重大突破就是在圖形硬件中引入了可編程功能,該功能允許開發(fā)人員編制自己的著色器程序(Shaderprogram)來替換原來固定流水線中的某些功能模塊,以實現(xiàn)更為靈活的功能。雖然GPU具有非常高的計算速度,但并不能將以前在CPU中實現(xiàn)的算法直接放到GPU中來執(zhí)行,這是因為GPU的指令執(zhí)行方式和CPU不一樣,GPU的體系結(jié)構(gòu)是一種高度并行的單指

4、令多數(shù)據(jù)(SIMD)指令執(zhí)行體系,所以要在可編程圖形硬件上實現(xiàn)在CPU中效率不高的算法,就需要重新制定算法實現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和步驟,以充分利用GPU并行處理體系結(jié)構(gòu)帶來的性能優(yōu)勢。本文首先給出了基于CPU的骨骼蒙皮動畫的設計實現(xiàn),對其中可放到GPU中算法進行了分析,給出了基于GPU的骨骼蒙皮動畫的設計實現(xiàn),實現(xiàn)的測試結(jié)果表明基于GPU的骨骼蒙皮動畫比基于CPU的骨骼蒙皮動畫幀率要高出很多,極大提高了骨骼蒙皮動畫的實時性。本文還給出了動畫混合

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