基于幾何Clipmaps的超大規(guī)模地形高效渲染設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、本文主要研究如何在三維實(shí)時(shí)系統(tǒng)中對大規(guī)模室外地形做高效渲染。在20世紀(jì)末，限于當(dāng)時(shí)的硬件水平，對地形的優(yōu)化主要依靠CPU計(jì)算。經(jīng)典的ROAM、四叉樹等算法使用遞歸劃分或合并，試圖用最合適的三角形數(shù)目對幾何地形進(jìn)行模擬。同一時(shí)期提出的TINs地形優(yōu)化算法使用不規(guī)則三角形對地形做更精確的模擬，但由于存儲結(jié)構(gòu)復(fù)雜，CPU計(jì)算量大等缺點(diǎn)導(dǎo)致其不適合應(yīng)用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)。這些算法的共同點(diǎn)在于都使用大量CPU計(jì)算來減少送入管線的三角形總數(shù)。
　　G

2、PU處理三角形的能力日益強(qiáng)大，如果保持渲染狀態(tài)不變，GPU可以進(jìn)行每秒上億次三角形繪制。GeomMipmapping是基于GPU進(jìn)行地形加速渲染的經(jīng)典方法之一，其主要管理對象是規(guī)則網(wǎng)格地形塊。網(wǎng)格的頂點(diǎn)和索引數(shù)據(jù)都存儲于顯存，GPU可以快速讀取它們以進(jìn)行高效繪制。位于視域體外的地形塊可以按照四叉樹快速剔除，與視域體相交的地形塊也可以根據(jù)攝像機(jī)位置選擇合適的LOD。GeomMipmapping的主要性能瓶頸在于每幀對VB、IB的一次CPU

3、更新。
　　幾何Clipmaps以視點(diǎn)為中心將不同分辨率網(wǎng)格嵌套在一起，LOD表現(xiàn)為離攝像機(jī)較近網(wǎng)格具有更高細(xì)節(jié)。我們在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中對傳統(tǒng)幾何Clipmaps做出改進(jìn)，創(chuàng)建了不改變的VB、IB并組織成能被GPU快速渲染的strip。利用幾何對稱性可以實(shí)施幾乎無CPU消耗的區(qū)域裁剪。高度數(shù)據(jù)被存于紋理在VS階段采樣。結(jié)合雙線程分頁機(jī)制，幾何Clipmaps可以支持大規(guī)模地形數(shù)據(jù)，但同時(shí)帶來每幀對高度紋理的CPU更新，我們僅使用一次ma

4、p操作并結(jié)合toroidal數(shù)組完成所有高度值的更新，以降低性能損失。為避免T型裂縫，需要對頂點(diǎn)進(jìn)行morphing計(jì)算，整個(gè)morphing過程在shader里完成。將我們實(shí)現(xiàn)的幾何Clipmaps系統(tǒng)模塊與GeomMipmapping程序做性能對比，結(jié)果證明前者在效率上更具優(yōu)越性。
　　利用現(xiàn)代顯卡的高速繪制能力，幾何Clipmaps將CPU從過去繁重的計(jì)算中解放出來，使其更能專注于實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的人工智能、物理系統(tǒng)、或者其它真實(shí)