真实感图形算法与实时绘制技术研究

论文摘要

真实感图形绘制是计算机图形学中的一个重要课题。本文从以下几个方面进行了一些探索性的研究，包括双向光线跟踪算法、网格简化算法以及真实感草地的模拟。光线跟踪是最早用来解决反射、折射的涉及非漫反射面参与的光能传递的算法，传统的光线跟踪算法隐含的假设景物表面是完全光滑的，光在表面的反射遵循镜面反射和规则透射规律，这一假设导致了光线跟踪算法不能处理镜面-漫射场景的光能传递。双向光线跟踪算法在传统的逆向光线跟踪算法上进行扩展，从而能够较好的解决这一问题。本文第二章对双向光线跟踪算法进行了研究讨论，实现了双向光线跟踪算法，取得了较好的实验效果。面聚类网格简化算法是LOD中常用的算法，本文第三章提出一种新的面聚类网格简化算法，基于空间八叉剖分的面聚类网格简化算法，该算法先建立空间剖分的八叉树，对面片聚类前进行预处理，把处在近似平面上的三角面片的范围缩小在一个个的小空间里，对应八叉树的叶结点内，从而减小面聚类的盲目性，提高了聚类速度，节省了网格模型简化的时间。自然场景的模拟一直都是计算机图形学中的一大难题，而真实感草地的模拟就更加的困难。本文第四章对动态真实感草地的模拟作了些尝试性的研究，通过提取边界轮廓建立草叶子模型，并把粒子系统应用在草叶子上，使用粒子的特性和实时碰撞检测技术实现滚动的石头和草叶子之间的互动效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 真实感图形绘制研究的重要意义
• 1.2 常用真实感图形的绘制算法
• 1.2.1 光照模型
• 1.2.2 绘制方程
• 1.2.3 材质与纹理
• 1.2.4 消隐
• 1.2.5 光线跟踪算法
• 1.2.6 辐射度算法
• 1.2.7 体绘制算法
• 1.2.8 算法比较
• 1.3 本文研究的内容
• 第二章 双向光线跟踪算法的应用实现
• 2.1 引言
• 2.2 原理
• 2.3 相关研究
• 2.4 算法及实验结果
• 2.4.1 算法
• 2.4.2 实验结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于空间八叉剖分的面聚类网格简化算法
• 3.1 引言
• 3.2 算法描述
• 3.2.1 面聚类
• 3.2.2 空间八叉剖分技术
• 3.3 算法流程图
• 3.4 算法及实验结果
• 3.4.1 算法分析
• 3.4.2 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 动态真实感草地的模拟与实现
• 4.1 自然景物的模拟
• 4.2 草地的模拟现状
• 4.2.1 草地的结构特点
• 4.3 叶子的模拟
• 4.3.1 叶子的轮廓提取
• 4.3.2 基于弧长参数的轴变形方法
• 4.3.3 变形与控制
• 4.3.4 叶子的纹理附着
• 4.3.5 叶子的LOD绘制
• 4.4 自然场景的模拟
• 4.5 叶子的动态效果
• 4.5.1 粒子系统
• 4.5.2 粒子的附着
• 4.5.3 碰撞检测
• 4.5.4 移动物体与叶子的碰撞检测
• 4.5.5 叶子之间的碰撞检测
• 4.6 算法及实验结果
• 4.7 本章小结
• 第五章 草地系统简介
• 5.1 系统简介
• 5.2 主界面
• 5.3 设置草地参数
• 5.4 设置球体参数
• 5.5 渲染草地
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢