基于GPU的復雜植被場景的繪制與動態(tài)模擬.pdf

1、復雜植被場景作為室外場景的重要組成元素，在三維虛擬場景的繪制中往往占據(jù)著用戶絕大部分的視野，其真實感和交互性將直接決定著用戶對場景的認知。然而，復雜植被場景的構(gòu)成非常復雜，除了應(yīng)有的地形之外，還包含著大面積的草地和種類繁多的樹木。為了滿足用戶對復雜植被場景的真實感和實時性的要求，本文采用了最新的基于GPU的可編程渲染管線技術(shù)，主要從草地的繪制與動態(tài)模擬以及樹木的真實感繪制兩方面進行研究，并實現(xiàn)了復雜植被場景的渲染系統(tǒng)。
　　首先，

2、針對草地場景中海量草體的繪制存在著數(shù)據(jù)傳輸量大、渲染效率低等問題，提出了基于曲面細分和幾何著色器的草體繪制方法。在草地場景渲染時，CPU只需要向GPU傳輸少量的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，便可利用曲面細分功能細分出很多頂點。根據(jù)曲面細分階段流出的頂點坐標，幾何著色器能夠在GPU中進行草體的繪制，很好的解決了CPU與GPU的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸。通過曲面細分因子可以很好的控制網(wǎng)格的細分程度，因此能夠根據(jù)用戶的視點來對草體的密度進行控制。得益于幾何著色器的出現(xiàn)，與草

3、體動態(tài)模擬相關(guān)的力學計算也可以在GPU中完成，從而使CPU不再受繁重計算任務(wù)的影響，顯著地提升了渲染系統(tǒng)的性能。
　　其次，在大量樹木的繪制方面，本文采用了基于硬件的實例化技術(shù)，該技術(shù)在繪制過程中能夠有效的減少CPU與GPU之間數(shù)據(jù)傳輸量，并且降低CPU對渲染過程的干涉，提高了渲染的流暢性。在樹木的真實感繪制方面，采用基于物理的光照來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光照模型來渲染樹木場景中的樹葉，并且根據(jù)視點和光源的位置關(guān)系對樹葉的正反兩面進行光照處理