3D游戏引擎中场景绘制及光照渲染技术的研究与实现

论文摘要

3D游戏引擎包括几个方面:场景绘制、光照渲染、动画技术、碰撞检测以及网络管理。其中,三维场景的绘制与光照的渲染是它的核心与关键。另外,计算机游戏对游戏场景要求有较高的真实度与实时性。其真实度要求全局光照效果的逼真渲染,实时性则要求对场景进行快速绘制。如何提高游戏与用户的交互速度而又不影响场景的真实效果,一直以来是一个研究热点。针对这一现象而进行了研究与改进。首先,介绍了3D游戏引擎的发展与加速绘制三维游戏场景及全局光照渲染的相关技术。然后,研究了如何利用三角形网格为三维游戏场景中的几何体进行建模。通过结合光学中的视域衰减模型,提出了一个基于视域衰减的LOD地形快速生成算法。最后,通过对全局光照模型的各个分枝地研究,并结合预计算技术,提出了一个基于预计算静态场景的间接光照路径而实现的全局光照明的动画算法。通过研究与实现,对3D游戏引擎中的场景绘制及全局光照有了深入的了解。基于视域衰减算法生成了三维LOD地形三角形网格,绘制帧频达到了实时的要求,并且具有相当的真实性。预计算静态场景的全局光照而实现的动画算法,在加速游戏场景光照效果渲染上有非常实用的价值和意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 应用背景
• 1.2 游戏引擎概述
• 1.2.1 游戏引擎构成
• 1.2.2 国外发展状况
• 1.2.3 国内发展状况
• 1.3 研究工作
• 第二章 场景加速绘制与全局光照相关技术
• 2.1 通用裁剪加速技术
• 2.1.1 聚集背面裁剪
• 2.1.2 层次视锥体裁剪
• 2.1.3 遮挡裁剪
• 2.1.4 入口裁剪
• 2.2 真实感图形生成
• 2.2.1 光线跟踪算法
• 2.2.2 辐射度全局光照技术
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于三角形网格的三维地形生成研究
• 3.1 三角形网格建模
• 3.1.1 曲面参数表示
• 3.1.2 三角形网格与三角形多面体
• 3.1.3 法向量的计算
• 3.1.4 曲面三角化
• 3.2 基于视域衰减的三维地形快速绘制算法
• 3.2.1 获取地形数据
• 3.2.2 网格化地形
• 3.2.3 基于视域衰减的简化
• 3.2.4 对裂缝的处理
• 3.2.5 实验结果与分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于预计算的三维游戏场景全局光照研究
• 4.1 场景的全局光照
• 4.1.1 反射与折射
• 4.1.2 Fresnel公式
• 4.1.3 双向反射率分布函数 BRDF
• 4.1.4 Monte Carlo积分
• 4.1.5 全局光照模型
• 4.2 基于预计算动态光源路径的动画算法
• 4.2.1 场景预计算
• 4.2.2 预处理过程
• 4.2.3 详细设计
• 4.2.4 采样方案
• 4.2.5 实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果