改进的图形管道与细节层次的实现

论文摘要

人们对于计算机的一个最大理想就是希望计算机有一天可以拥有足够强的计算和处理能力。事实上,甚至在一个相对简单的应用程序中(如文字处理),如果拥有多余的处理能力,那么就可以利用它做很多事情。例如,可以利用多余的资源进行拼写和语法检查,反走样文本显示,自动语音识别,以及听写等。计算机图形绘制技术是对交互性要求很高的一个研究领域。当一副图像显示在屏幕上的时候,用户可以对其进行反复操作,用户的反馈会影响下一副图像的生成与显示。如果这个过程可以高速运行,那么用户不会看到单副图像,而是完全沉浸在体验图像动态连续显示的过程中。在实时绘制中,在性能上至少有3 个目标:每秒有更多的帧、更高的分辨率、更多(比较好的真实感效果)的场景物体。为了达到这些目标,本文从系统结构和简化物体模型方面对加速算法进行了研究。【目的】1.探讨传统图形引擎管道中可改进的方案。2.探讨简化物体模型的算法。3.探讨加速场景绘制的方法。【方法】1.通过改变图形管道结构,消除冗余的光照计算。2.使用动态塌陷算法简化模型,从而构造不同细节层次,在不同的场景条件下调用复杂度不同的模型以加速绘制。【结果】1.通过对结构和数据流的分析可以证明改进的图形管道可以有效加速绘制。2.实现了塌陷算法。3.提出并实现了新的直接删除顶点的模型简化方法。4.设计出了细节层次的实现方案。【结论】1.加速算法和方案有效且可行。2.对于更复杂的情况需要做很大的改进。

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Abstract

第一章引言

1.1 计算机图形学的研究内容

1.2 计算机图形学的发展简史

1.3 应用及研究前沿

1.3.1 计算机辅助设计与制造

1.3.2 可视化

1.3.3 图形实时绘制与自然景物仿真

1.3.4 计算机动画

1.3.5 用户接口

1.4 本文研究内容

第二章图形管道概述

2.1 体系结构

2.2 应用程序阶段

2.3 几何阶段

2.3.1 模型和视点转换

2.3.2 光照和着色

2.3.3 投影

2.3.4 裁剪

2.3.5 屏幕映射

2.4 光栅阶段

第三章一种图形管道的改进方法

3.1 传统绘制管道的分析

3.1.1 不可见的多边形和像素

3.1.2 管道中的各种数据流

3.1.3 不同类型的多边形信息

3.2 延迟的光照

3.2.1 光照

3.2.2 着色处理

3.2.3 传统的光照操作

3.3 延迟光照的概念

3.4 延迟光照的操作

3.5 同步问题的解决

第四章 LOD（Level of Detail）相关基础知识

4.1 图形的几何变换

4.2 二维图形几何变换

4.2.1 平移（Translation）

4.2.2 旋转（Rotation）

4.2.3 缩放（scaling）

4.2.4 变换矩阵

4.2.5 复合变换（Composite Transformation）

4.3 三维图形几何变换

4.3.1 平移

4.3.2 旋转

4.3.3 缩放

4.4 投影变换

4.4.1 坐标系统

4.4.2 基本概念

4.4.3 平行投影变换

4.4.4 透视投影变换

4.5 光照模型和方程

4.5.1 最简单的光照模型

4.5.2 漫反射

4.5.3 彩色光和表面

4.5.4 大气衰减

4.5.5 镜面反射

4.6 多边形技术

4.6.1 三维数据的获取

4.6.2 细化

4.6.3 合并

4.6.4 网格简化

第五章 LOD 的实现

5.1 LOD 概述

5.2 LOD 生成的实现

5.2.1 静态方法

5.2.2 动态方法及其实现

5.3 LOD 选取的实现

5.3.1 常见的LOD 选取方法及其讨论

5.4 LOD 切换的实现

5.4.1 离散几何LOD

5.4.2 混合LOD

5.4.3 Alpha LOD

5.4.4 CLOD

第六章新的LOD 生成和选取技术

6.1 基于删除顶点的网格（模型）简化方法

6.1.1 空间划分方法

6.1.2 外包盒的计算

6.1.3 空间划分

6.1.4 消除顶点的选择策略

6.2 基于光照强度的LOD 选取方法

6.2.1 基本概念

6.2.2 光照强度的计算方法

6.2.3 背面判别方法

6.2.4 单个三角形的光照强度计算

6.2.5 加入光照量度值的LOD 选取

6.3 优化的切换方法

6.3.1 设定减少的三角形数的方法

6.3.2 设定细节层次数目的方法

第七章总结和展望

7.1 全文工作总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

个人简历

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