视点无关的水体效果模拟方法研究

论文摘要

虚拟现实技术融合多种信息技术的最新发展成果,为我们创建和体验虚拟世界提供了强有力的支持,并广泛应用到了社会的各个领域。在虚拟场景中,水体真实感的渲染是非常重要的组成部分,包括从天空到海面再到海底的仿真再现,其中水中光学效果的模拟是一个很重要的研究领域。在表现水中场景时要考虑水下场景庞大的数据量,需要找到一种快速有效的方法应用于大规模场景的水体模拟。因此本文研究的目的就是找到一种有效的方法提高水下场景的绘制速度,同时兼顾真实感的要求。Nishita等人提出计算光束光强的方法,并给出了照明体的概念。本文在Iwasaki等人提出的水体光照渲染方法基础上,提出了视点无关的海洋场景构建方法,应用图形硬件加速卡进行加速,借助微软提供的DirectX3D图形库,再现了水下场景的光学效果,给用户带来较强烈的真实感。本文首先介绍了虚拟现实以及水体光照渲染的发展概况,然后介绍了已有的水体计算模型及其绘制方法、焦散效果模拟和阴影效果模拟的方法,最后讨论了本文提出的视点无关的海洋场景构建方法,给出了水体以及焦散的绘制过程,应用阴影体算法绘制了水下场景中的物体阴影。目前水下场景的绘制和水中光学效果的模拟得到了一些较好的实验结果,但仍存在一些问题需要解决。海洋的复杂多变为我们的仿真工作带来了很大的困难。真实性和实时性是今后工作的两大重点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.2 虚拟现实的发展状况及关键技术
• 1.3 课题研究的目的及意义
• 1.4 本文的主要工作和内容安排
• 2 水体光学效果模拟
• 2.1 水面网格构建
• 2.2 水体光照计算模型
• 2.2.1 光强计算基本思想
• 2.2.2 照明体分割成四面体
• 2.2.3 四面体子体光强计算
• 2.2.4 子体光强计算
• 2.3 光束绘制渲染方法
• 2.3.1 局部照明
• 2.3.2 全局照明
• 2.4 小结
• 3 焦散效果模拟
• 3.1 焦散效果绘制方法
• 3.2 焦散光强计算
• 3.2.1 折射焦散
• 3.2.2 扫描面方向
• 3.2.3 生成切片物体图像
• 3.2.4 根据视线折射光绘制焦散效果
• 3.2.5 反射焦散
• 3.3 小结
• 4 阴影效果模拟
• 4.1 阴影体算法
• 4.1.1 阴影体的产生
• 4.1.2 建立封闭阴影体
• 4.1.3 Depth-Fail算法
• 4.2 阴影映射
• 4.3 小结
• 5 视点无关的水体效果模拟
• 5.1 计算模型
• 5.1.1 水面网格的生成
• 5.1.2 光束位置的计算
• 5.1.3 光束的光强计算
• 5.1.4 焦散三角形光强计算
• 5.2 水体的绘制方法
• 5.2.1 Gouraud明暗模型
• 5.2.2 水体的实时绘制
• 5.3 焦散的绘制方法
• 5.3.1 纹理贴图
• 5.3.2 透明混合
• 5.3.3 焦散的实时绘制
• 5.4 阴影绘制
• 5.5 小结
• 6 实验结果
• 7 课题总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文