室內(nèi)場景管理算法設(shè)計與實現(xiàn)

1、<p>　　室內(nèi)場景管理算法設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　【摘要】本文主要介紹了Portal算法的設(shè)計與實現(xiàn)，并給出了Cell和Portal的基本結(jié)構(gòu)，詳細(xì)說明了室內(nèi)場景管理的實現(xiàn)步驟，對于室外場景和室內(nèi)場景的接壤問題進(jìn)行了細(xì)致的討論。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】室內(nèi)場景管理 Portal </p><p><b>　　一、引言 <

2、/b></p><p>　　室內(nèi)場景通常都有一個特性——場景內(nèi)部模型相當(dāng)復(fù)雜，并且從觀測者的視點看去只能看到他所處環(huán)境內(nèi)的物體，除非在這個環(huán)境中有其它入口可以通往其它環(huán)境。針對這樣的室內(nèi)環(huán)境創(chuàng)建樹結(jié)構(gòu)是相當(dāng)?shù)托У模驗橥ㄟ^入口觀測者只能看到相鄰環(huán)境中非常小的一部分物體。換句話說，樹結(jié)構(gòu)不能很好的處理既有高復(fù)雜度又有高阻光度的場景。這個問題常常被稱為“無效渲染’’，會花費大量的時間去渲染最終被一堵墻擋住的相鄰

3、房間中的物體。對于這樣的典型室內(nèi)場景必須有更有效的處理方法。而入口方法就能夠非常有效的解決這種無效渲染問題。 </p><p>　　二、Portal概述 </p><p>　　（一）Portal算法的介紹。 </p><p>　　在入口技術(shù)的概念中整個場景被劃分n個區(qū)域，每個區(qū)域都是一個閉合的凸多邊形。這里“凸"表示在區(qū)域內(nèi)的任意兩點間畫一條線段，這條線段

4、不會穿透該區(qū)域的任何一個多邊形，而閉合表示從區(qū)域內(nèi)發(fā)出一條光線，如果要讓光線射到區(qū)域外，則此光線必須要穿透某個區(qū)域的多邊形。 </p><p>　　可以形象地把一個區(qū)域看成是一個房間，區(qū)域的多邊形構(gòu)成了房間的墻壁、天花板和地板等。兩個鄰近的區(qū)域通過入口連接。一個入口是一個特殊種類的多邊形。普通的多邊形只是一個基本渲染元素，渲染普通多邊形只是簡單將其傳遞給后臺硬件處理，而當(dāng)渲染一個入口時視點會進(jìn)入到另一個區(qū)域。 &

5、lt;/p><p>　　渲染Portal場景是從包含觀測視點的區(qū)域開始的。因為視點在這個區(qū)域內(nèi)，所以這個區(qū)域必然是可見的，它也就是渲染的開始點。繪制它所包含的所有物體，并且同時還讀出該區(qū)域的所有入口信息，如果這個區(qū)域的所有入口都是不可見的，那么繪制結(jié)束。如果有可見入口，其所通向的區(qū)域也必然可見，則以同樣的方式渲染輸出。當(dāng)某個入口可見時，可以認(rèn)為它通向的區(qū)域也是可見的，但僅僅是部分可見而己。利用這一點我們可以優(yōu)化渲染過

6、程，即利用入口的多邊形來裁剪視錐體，以保證只渲染可見物體。只有視點所在的區(qū)域被完全渲染，而其它區(qū)域只渲染被視線所覆蓋的部分。 </p><p>　　（二）Cell結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 </p><p>　　在室內(nèi)場景渲染中，我們以墻為主要遮擋體，只有通過墻上的窗或者門才能看到墻后的物體，Portal裁剪技術(shù)就是基于這種情況的快速動態(tài)潛在可見集的評估算法。Portal算法中，首先要將場景劃分成若干個

7、子模塊，也就是標(biāo)題中的Cell。Cell模塊的劃分是由美工前期確定的，劃分有兩個主要條件，一是模塊內(nèi)部不能有墻或者其他遮擋體形成較大范圍的遮擋，二是該模塊的形狀必須是凸多面體，而所有的幾何節(jié)點將以其所在位置和包圍盒信息對號入座至相應(yīng)的Cell模塊，兩個Cell模塊將通過窗或門結(jié)構(gòu)進(jìn)行連通。在視域剔除前我們就假定所有當(dāng)前Cell模塊中的幾何節(jié)點都是可見的，而相鄰的Cell模塊中只用那些處于門窗可視范圍內(nèi)的幾何節(jié)點才可見，不相鄰的Cell模

8、塊中的所有幾何節(jié)點均不可見。這樣就可以使無效渲染的像素點的數(shù)量大大降低，提高渲染效率。 </p><p>　　三、Portal算法的實現(xiàn) </p><p>　?。ㄒ唬┧惴ㄖ饕鞒?。 </p><p>　　Portal算法的根本目的是計算出所有可視范圍內(nèi)的幾何節(jié)點，僅將這些節(jié)點進(jìn)行渲染，以此來提高渲染速度。首先我們要確定視點所在的位置，所謂的視點也就是程序中的主攝像機(jī)

9、，我們將攝像機(jī)的空問坐標(biāo)與所有Cell依次進(jìn)行相交判斷，由此確定視點處于哪個Cell模塊中，然后將該Cell模塊所包含的所有幾何模塊與視錐體進(jìn)行相交檢測，完成視域剔除工作.然后計算可視范圍內(nèi)的所有portal，按Portal大小和視點方向重新計算新的視錐體，在與該Portal相連的Cell模塊內(nèi)利用計算的視錐體進(jìn)行新一輪的視域剔除.如此遞歸下去，直到所有的可視Cell模塊都完成了視域剔除，如此獲得的所有幾何節(jié)點形成的序列就是需要進(jìn)行渲染

10、的節(jié)點。 </p><p>　?。ǘ┬乱曞F體生成算法。 </p><p>　　在整個算法流程中核心算法是如何利用現(xiàn)有的視點方向和Portal的位置大小計算新的視錐體。由于視點的方向沒有改變，墻面的作用僅僅是遮擋原本可見的物體，所以新產(chǎn)生的視錐體的遠(yuǎn)近平面均平行于舊的視錐體。從Portal所處的位置來分一共有兩種情況需要討論。第一種情況是整個Portal完全處于原視錐體范圍內(nèi)部，在這種情況

11、下，新的視錐體其實就是將原視錐體變窄后的模樣。第二種情況是Portal部分處于原視錐體范圍內(nèi)部，在這種情況下，新的視錐體的形狀相當(dāng)于原視錐體的側(cè)邊半部中的一小部分。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]Imma Boada，Isabel Navazo，Roberto Scopigno，Multiresolution volum

12、e visualization with a texture-based octree[J].計算機(jī)科學(xué)，2001，117. </p><p>　　[2]Frank Losasso，F(xiàn)r6d6ric Gibou，Ron Fedkiw，Simulating water and smoke with an octree data structure International[C].Conference on Com