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3D实时渲染技术的研究与应用

3D实时渲染技术的研究与应用

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作者：章忠杰同济大学

学位级别：硕士

在过去的三十年中。3D计算机图形学得到了迅速的发展,特别是近些年来,在GPU半导体工艺和各种3D应用的推动下,图形学中的一个重要分支--实时图形学发展尤为迅速。实时性已经成为3D图形应用系统的一个重要指标之一。实时图形学中所谓的3D... 详细信息

在过去的三十年中。3D计算机图形学得到了迅速的发展,特别是近些年来,在GPU半导体工艺和各种3D应用的推动下,图形学中的一个重要分支--实时图形学发展尤为迅速。实时性已经成为3D图形应用系统的一个重要指标之一。实时图形学中所谓的3D实时渲染有两个重要特点,即渲染的实时性和渲染结果的真实性。尽管现在的GPU已经可以渲染每秒数以千万计的多边形数据,但在复杂场景环境下,若不采用一套合理高效的加速算法,仍将无法满足实时性的要求。本文对3D实时渲染技术进行深入的讨论和研究,并结合作者在实践工作中从事的3D游戏世界编辑器的开发工作,针对其中的一些要点,给出具体的工程应用场合,应用方法和结果。文章以如何满足3D实时渲染的两个特性作为出发点,分析了3D图形软硬件的特点及渲染管线过程,系统的提出了一套处理方案。采用高效的可见性算法的前提就是需要建立一套合理的场景组织和管理方法。bsp树和八叉树方法是近年来最流行的两种场景管理方法。在传统应用中,bsp树与八叉树主要用于可见性裁减和碰撞检测,但它们两者的特点决定了其还具有多种其他的应用,文中我们提出了基于bsp的阴影生成算法和光线跟踪算法以及基于八叉树的体绘制方法。通常渲染效率和渲染质量两者之间是互为矛盾的,一味地追求渲染效率或渲染质量往往都不会得到令人满意的渲染效果。基于图像的渲染技术(IBR)就是为了使得两者达到平衡,IBR能够高效的实现高质量画面效果,文中我们提出了一种采用IBR技术来渲染大规模森林场景的方法。除了一些专业的高效图形算法之外,文中我们还提出了一种检测GPU性能瓶颈的方法,以及从程序开发层面出发,研究如何提高程序效率。开发实时图形系统需要将各种3D实时渲染技术结合起来使用,不同的场景,所需要用到的方法也不尽相同。经过长期的发展与研究,图形学中各类算法都已经比较成熟和稳定,关键点在于策略的制定和实施。总之,作者希望对于那些将来或正在从事实时图形学工程领域工作的读者,通过阅读本文,可以深刻理解和掌握3D实时渲染方法,并能应用到具体的工程实践领域。

关键词：渲染管线 bsp/八叉树可见性算法 LOD 纹理贴图 IBR

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