可變形模型建模與渲染關(guān)鍵技術(shù)的研究與實現(xiàn).pdf

1、近年來,隨著計算機硬件和軟件的發(fā)展,計算機圖形學(xué)在視頻游戲,電影動畫,虛擬現(xiàn)實等行業(yè)中起著越來越重要的作用,而在這些應(yīng)用中,經(jīng)常會需要對模型進行變形模擬。目前常用的變形模擬方法可以分為非物理方法和基于物理的方法兩大類。另外,隨著三維掃描儀的性能提高,目前通過掃描可以很方便地獲得非常精細的點云數(shù)據(jù)表示的模型,由于點模型不需要保存任何的拓撲信息,不用擔(dān)心變形引起的拓撲變化的計算代價的問題,但是點模型的數(shù)據(jù)量通常要比三角網(wǎng)格模型要多得多,如何

2、高效地對點模型數(shù)據(jù)進行壓縮是點模型研究課題中的一個熱點方向,另外,由于點模型是由完全離散的點表示的模型,如何產(chǎn)生連續(xù)沒有空洞的表面也是點模型渲染中需要解決的重要問題。
　　 本文首先對基于形狀匹配的變形模擬算法進行重點研究。形狀匹配在2005年由Muller等提出的,由于其建模簡單,計算速度快,易于擴展,魯棒性強等特點,引起了極大的關(guān)注。本文對形狀匹配的基礎(chǔ)算法,以及由其擴展出來的FastLSM算法和FASMD算法進行了詳細的分

3、析和介紹,并在其基礎(chǔ)上提出了一種改進的基于KD樹的形狀匹配算法。在本文的形狀匹配變形算法中,使用KD樹的結(jié)構(gòu)來對模型中的數(shù)據(jù)進行組織,使用KD樹的層次結(jié)構(gòu)快速得到節(jié)點的K最近鄰域來作為形狀匹配區(qū)域,并對KD樹中的節(jié)點可以執(zhí)行快速分層求和,然后依據(jù)形狀匹配的思想對模型進行變形模擬。本文的變形算法具有建模簡單、易于實現(xiàn)、無條件穩(wěn)定等優(yōu)點。
　　 然后,本文對于點模型的渲染技術(shù)進行了介紹,文中使用了一種基于KD樹的點模型渲染技術(shù),選擇

4、與變形算法使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相同,這樣可以方便地對變形后的數(shù)據(jù)直接進行渲染。在文中,使用均衡KD樹的結(jié)構(gòu)對模型數(shù)據(jù)進行組織,對每個節(jié)點以盡量壓縮的方法來表示它的位置、法向量、法向錐、顏色等屬性,在渲染時,可根據(jù)KD樹自身的層次結(jié)構(gòu)來方便地選擇細節(jié)層次,并對每個節(jié)點進行視錐體裁剪、背向面剔除、遮擋處理等來提高渲染的速度。
　　 最后,將本文中介紹的基于KD樹的形狀匹配算法以及點模型的渲染,用于虛擬戰(zhàn)場中的爆炸沖擊波對周圍物體的毀壞模擬