基于离散点的绘制方法研究

论文摘要

计算机图形学,从它的诞生发展到现在,已经在许多领域扮演着越来越重要的角色,发挥着越来越重要的作用。其应用领域涵盖了科学探索、工程设计、机械制造、模拟仿真、医药卫生、城市规划、环境保护、文物保护、教育培训、艺术创造、以及游戏娱乐等许多方面。真实感图形绘制是计算机图形学的一个重要组成部分。它综合利用数学、物理学、计算机科学和其它科学知识在计算机图形设备上生成像彩色照片那样的真实感图形。基于离散点的真实感图形绘制是目前计算机图形学领域的一个新的研究课题。基于离散点的绘制技术（Point-based Rendering, PBR）就是在点的基础上进行造型和绘制以及其他的一些图形学上的处理。它抛弃了传统的三角片表示方法,只记录点的信息,由这些点的信息直接重构出最终的图像,从而为解决大量三维采样数据的快速绘制处理提供了一条新的路径。本文的研究课题是教育部博士点基金资助项目（20010183041）“基于离散点造型的计算机图形绘制的研究”项目。本文对真实感图形生成过程和方法进行了的研究,分析了其中的缺点与不足,并在此基础上研究了基于离散点造型和绘制的方法。与传统方法相比,该方法可以避免大量的求交运算;数据结构简单,便于曲面的增删和修改;造型手续简化,适合于动画显示。本文所做的工作包括:基于离散点的造型、消隐、光照、光线跟踪、纹理映射和图像重构技术。在离散点造型上采用了参数曲面剖分和物体表面型值点两种方法进行曲面造型;结合离散点造型的特点,设计了相应的背向点去除、基于视点排序及邻域内去除不可见点的消阴方法;探讨了纹理映射、阴影生成、透明效果等算法设计;对生成图像,给出了图像重构的方法。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 基于点绘制技术的研究现状
• 1.3 本文工作
• 第二章 真实感图形的绘制技术介绍
• 2.1 基于几何图元的绘制技术介绍
• 2.2 基于图像的图形绘制
• 2.2.1 I BR 技术与方法
• 2.2.2 基于图像的绘制技术的优点和局限性
• 2.3 基于点的绘制技术介绍与分析
• 2.3.1 多边形网格与点
• 2.3.2 基于点的计算机图形学
• 2.3.3 点绘制技术
• 2.4 本文选择的绘制技术
• 第三章 基于离散点的实体造型
• 3.1 基于参数曲面剖分的离散点造型
• 3.1.1 点的数据结构
• 3.1.2 曲面参数离散化
• 3.1.3 基于视点的插值
• 3.2 基于型值点的造型
• 3.2.1 多边形网格数据描述
• 3.2.2 计算多边形顶点的近似法向
• 3.2.3 多边形网格数据顶点造型
• 3.3 多边形网格细分
• 3.3.1 相关概念
• 3.3.2 细分模式及其分类
• 3.3.3 Catmull-Clark 细分模式
• 3.3.4 Loop 细分模式
• 3.3.5 实验结果
• 3.4 基于点域的造型
• 第四章 取景变换和光照模型
• 4.1 取景变换
• 4.1.1 世界坐标系与观察坐标系
• 4.1.2 透视投影
• 4.2 光照模型原理
• 4.2.1 光照模型
• 4.2.2 Phong 光照模型
• 第五章 基于离散点造型的消隐
• 5.1 隐藏线和隐藏面
• 5.2 基于点的消隐
• 5.2.1 背向点的消除
• 5.2.2 基于视点的消隐
• 5.2.3 局部区域深度判断去除不可见点
• 5.3 实验结果
• 第六章 纹理映射和图像重构
• 6.1 纹理
• 6.1.1 二维纹理映射的基本原理
• 6.1.2 基于离散点的二维纹理映射
• 6.2 图像重构
• 6.2.1 纹理插值滤波
• 6.2.2 图像平滑滤波
• 第七章 阴影
• 7.1 阴影生成算法
• 7.1.1 影域多面体方法
• 7.1.2 阴影细节多边形方法
• 7.2 基于点造型的阴影生成算法
• 7.2.1 Z 缓存器算法
• 7.2.2 阴影测试线法
• 7.2.3 非均匀离散点的平面阴影算法
• 第八章 透明
• 8.1 透明效果的简单模拟
• 8.1.1 简单光透射模型
• 8.1.2 基于离散点的透明效果的简单模拟
• 8.2 透明折射的实现
• 8.2.1 Whitted 光透射模型
• 8.2.2 基于离散点的透明折射
• 第九章 Catmull-Clark 细分模式的研究实例
• 9.1 带有轮廓删除的 Catmull-Clark 细分模式
• 9.2 细分模式在曲面混合中的应用
• 9.2.1 相关概念
• 9.2.2 曲面混合
• 9.3 细分曲面尖锐特征
• 9.3.1 尖锐特征的概念
• 9.3.2 细分中的尖锐特征生成
• 第十章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文情况
• 摘要
• Abstract