论文题目: 细节复杂模型实时绘制加速技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机应用技术
作者: 冀俊峰
导师: 吴恩华
关键词: 实时绘制,层次细节,四叉树,图形处理器,真实感光照计算,表面参数化,渐进传输
文献来源: 中国科学院研究生院（软件研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 真实世界的物体,如雕塑作品、珍贵文物、工业产品以及自然界中形形色色的物体,都包含十分复杂的表面细节。在高效建模的迫切需求下,三维模型自动获取技术发展迅速,获得模型的数据量越来越庞大。如何采取有效的手段对模型的真实感绘制进行实时加速是一项具有挑战性的工作。 GPU处理具有较高的并行度,利用GPU对细节复杂模型的绘制进行加速是一个有效加速途径。但GPU的体系结构和程序流程与CPU有很大的不同。本文研究工作的目的是试图根据GPU的结构特点提出新的绘制加速方法,以实现动态LOD的GPU加速、细节复杂模型的多分辨率光照计算的GPU加速以及几何与细节的交互式渐进传输等新方法。论文的贡献主要体现在下列几方面: 首先,提出了一种适合利用GPU加速的通用多分辨率的绘制框架。该结构建立在细节复杂模型的纹理图像化表示方法—几何图像(GIM)的基础之上,是一种基于参数空间四叉树的层次细节表示模型,称为P-Quadtree。这样整个几何模型及其细节层次(LOD)结构都能够被传输到GPU中,从而可以将细节光照模型的计算、数字几何处理以及LOD选择过程加速都可以移植到GPU中完成。为了对几何图像切割边界进行有效缝合,本文还提出了几何图像的扩展表示和无缝几何图像表示。P-Quadtree是本文研究工作的基础数据结构。 其次,提出了一种在GPU中完整实现动态LOD的全新加速算法。为了适应GPU的体系结构,P-Quadtree的层次结构被转化为一种新的LOD纹理集结构。利用这种独特的层次细节数据结构,通过fragment shader进行高效的LOD选择,然后根据其结果利用vertex shader进行结点剔除及三角化,生成自适应网格。由于充分利用了GPU的并行运算能力,该算法既提高了LOD选择的效率,同时还极大地减轻了CPU运算的负载。 第三,提出了一种多分辨率轮廓增强的实时真实感绘制加速方法。采用法向映射绘制技术可大大提高简化模型表面细节的真实感效果,通过GPU提供的逐
论文目录:
图表目录
专业名词及数学符号表
第一章 绪论
1．1 研究背景
1．2 细节复杂模型的层次细节结构
1．2．1 网格模型的层次细节技术
1．2．2 基于点的多分辨率结构
1．3 模型表面复杂细节绘制加速技术
1．3．1 基于光照的表面细节表示
1．3．2 基于几何的表面细节表示
1．4 表面几何的图像化表示及其应用
1．4．1 表面几何的纹理图像化表示的目的
1．4．2 表面模型的几何图像表示
1．4．3 几何图像的应用及基于GPU的几何处理
1．5 本文研究工作及组织结构
1．5．1 研究目标与面临的挑战
1．5．2 研究内容与组织结构
第二章 细节复杂模型实时真实感绘制加速技术的研究进展
2．1 细节复杂模型的规则化处理及其应用
2．1．1 表面参数化
2．1．2 表面重采样
2．1．3 几何压缩
2．2 层次细节(LOD)技术
2．2．1 任意多边形网格的层次细节
2．2．2 规则地表网格的层次细节
2．2．3 基于点的多分辨率结构
2．2．4 表面模型的渐进传输
2．3 基于 GPU的实时真实感绘制加速技术
2．3．1 细节光照计算的GPU加速
2．3．2 全局光照计算的GPU加速
2．4 本章小结
第三章 三维表面模型几何图像的建立与扩展
3．1 引言
3．2 几何图像的建立
3．2．1 表面剖分
3．2．2 表面参数化
3．2．3 Chart的拼接与参数空间重采样
3．3 多chart几何图像的缝合与扩展表示
3．3．1 几何图像缝合
3．3．2 扩展几何图像
3．3．3 实验结果
3．4 无缝多 Chart几何图像
3．4．1 Poly-cube Map及其构造方法
3．4．2 Poly-cube表面的切割和拼接
3．4．3 重采样与边界缝合
3．6 本章小结
第四章 动态 LOD的 GPU加速
4．1 引言
4．2 P-Quadtree:基于 GPU的通用 LOD框架
4．2．1 P-Quadtree的结构
4．2．2 P-Quadtree的特点
4．2．3 P-Quadtree的构造
4．3 基于 GPU的动态 LOD选择
4．3．1 GPU-LOD算法概述
4．3．2 LOD纹理集及其构造
4．3．3 基于GPU的动态LOD实现
4．3．4 结果与讨论
4．4 本章小结
第五章 细节复杂模型的多分辨率绘制及其 GPU加速
5．1 引言
5．2 基于轮廓保持 LOD与细节光照计算的加速
5．2．1 方法概述
5．2．2 轮廓保持 LOD
5．2．3 法向映射的GPU加速
5．2．4 多边形与点的混和绘制
5．2．5 实验结果与讨论
5．3 本章小结
第六章 细节复杂模型的交互式渐进传输
6．1 引言
6．2 传输方法概述
6．3 P-Quadtree的编码与数据压缩
6．3．1 P-Quadtree结点的结构编码
6．3．2 P-Quadtree几何数据压缩
6．3．3 通讯数据包结构
6．4 P-Quadtree的传输与重建
6．4．1 模型数据流的动态生成
6．4．2 传输优先级函数的确定
6．4．3 数据传输与接收
6．4．4 模型重建及绘制
6．5 实验结果与讨论
6．6 本章小结
第七章 结论与展望
7．1 论文结论
7．2 未来研究展望
附录A GPU简介
A．1 GPU的发展历程
A．2 GPU的体系结构
A．3 Shading Language
附录B GPU程序及其使用类库
B．l GPU程序及其结构
B．2 GPU程序应用类库结构
B．3 类库使用方法
参考文献
作者在攻读博士学位期间完成的论文
致谢
发布时间: 2005-07-08
参考文献
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- [5].大规模森林场景的实时绘制及动态模拟[D]. 刘峰.浙江大学2011
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