基于硬件加速的虛擬場景繪制.pdf

1、計算機虛擬三維場景繪制作為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的重要組成部分,是當前計算機圖形學方面的熱門領(lǐng)域之一.它可以為人們提供非常直觀自然的交互界面,因此已經(jīng)在計算機輔助設(shè)計、數(shù)字娛樂和計算機藝術(shù)等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用.在這眾多的應(yīng)用中一般都會包括以下兩個部分:虛擬三維場景繪制和虛擬三維場景與相關(guān)物體的交互.場景繪制就是要把虛擬系統(tǒng)中的所有景物綜合起來以三維圖形的方式呈現(xiàn)給用戶.然而現(xiàn)在的三維場景日益復(fù)雜,對繪制效果的要求也在提高.與此同時,硬件

2、上近年來圖形處理器(GPU)不僅在性能上有了大幅度的提高,功能也獲得了增強,出現(xiàn)了可編程繪制的特性.本文簡述了可編程圖形處理器硬件和相對應(yīng)實時繪制語言的發(fā)展過程,介紹了可編程圖形處理器加速繪制的原理和使用方法,這是本文工作的主要基礎(chǔ).通過充分利用現(xiàn)在可編程圖形處理器的可編程功能,可以有效地提高繪制的性能.在此基礎(chǔ)上,本文說明了利用可編程圖形處理器進行繪制的方法,并實現(xiàn)了實時繪制的三維海底場景.其中由在CPU上運行的主程序維護整體的數(shù)據(jù)結(jié)

3、構(gòu)與運行狀態(tài),而具體的繪制運算主要在圖形處理器(GPU)上執(zhí)行.首先,進行了實時的光照計算、多樣性霧效果模擬和水草運動控制.光照計算中實現(xiàn)了基于像素的光照計算,采用了經(jīng)典的Blinn-Phong光照模型和一種適合海底場景的自然光照,提高了光照渲染效果.多樣性霧效果模擬中包括基于海洋深度的層次霧效果和進一步的動態(tài)霧效果.通過對水草運動的控制實現(xiàn)了水草在水中擺動的動畫效果.其次,為了對海底場景中從水底不斷涌出的水泡進行模擬,采用粒子系統(tǒng)的思