圖形引擎中大規(guī)模草本植被渲染研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著計算機(jī)硬件性能的提升，游戲、影視、動畫等行業(yè)中的各種圖形應(yīng)用軟件功能越發(fā)完善，其渲染出來的場景在真實度和復(fù)雜度上都在不斷進(jìn)步。然而，軟件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的提升導(dǎo)致了開發(fā)周期和開發(fā)難度呈幾何增長。圖形引擎作為當(dāng)前大型圖形應(yīng)用的核心，無論是在優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)還是在降低開發(fā)難度上都有著極其重要的作用。針對此現(xiàn)狀，論文首先介紹了一個面向大型圖形應(yīng)用軟件的圖形引擎架構(gòu)的設(shè)計方案和實現(xiàn)細(xì)節(jié)。此外，本文還針對當(dāng)前戶外大規(guī)模自然景觀實時渲染這一熱點領(lǐng)域，著重

2、研究了大規(guī)模草本植被實時渲染的算法和相關(guān)實現(xiàn)。 首先，論文借鑒已有的研究成果，將圖形引擎技術(shù)、軟件工程和軟件設(shè)計模式的理論原理充分應(yīng)用到實踐過程中，從具體需求入手設(shè)計和實現(xiàn)了一個面向大型圖形應(yīng)用軟件開發(fā)的圖形引擎Gingko。Gingko是一個完全自主研發(fā)的、面向?qū)ο蟛⑶乙子跀U(kuò)展的引擎架構(gòu)。與流行的大型開源游戲引擎，如：OGRE、OSG等相比，Gingko除了具備場景管理、渲染管理、資源管理、消息機(jī)制等重要功能之外還實現(xiàn)了一種易

3、于用戶進(jìn)行簡單功能擴(kuò)展的架構(gòu)模式。通過該架構(gòu)，用戶一些獨特的功能擴(kuò)展需求可以很方便的實現(xiàn)而不必依賴編寫插件這類復(fù)雜的過程。此外，針對當(dāng)前圖形應(yīng)用強(qiáng)調(diào)的真實感渲染和流行的GPU編程模式，引擎在設(shè)計之初便采用了適合流式渲染的架構(gòu)可自然地契合GPU編程的優(yōu)化和管理。 其次，本文研究了大規(guī)模草本植被渲染的算法和相關(guān)實現(xiàn)。在大規(guī)模草本植被的渲染中，如何兼顧渲染真實感和渲染效率一直是研究的熱點領(lǐng)域。本文在第四章中對近20年來在大規(guī)模草本植被

4、場景渲染領(lǐng)域的各項研究成果做出了詳細(xì)的介紹、歸納和總結(jié)。同時，在草體幾何的建模領(lǐng)域中，論文討論了一種基于2D草圖勾勒和3D變形的建模方法。與其它幾何建模相比，該方法在真實感和草體交互動畫方面有較大的優(yōu)勢。此外，我們在課題研究過程中實現(xiàn)了一個基于Gingko圖形引擎基礎(chǔ)上的大規(guī)模草本植被渲染系統(tǒng)，并在本文的第五章中對其進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和討論。 最后，本文對當(dāng)前圖形學(xué)發(fā)展的方向和戶外真實感場景渲染的領(lǐng)域進(jìn)行了展望，并針對圖形技術(shù)應(yīng)用