海量三維模型的交互繪制.pdf

1、隨著信息獲取和計(jì)算能力的不斷增強(qiáng)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步。今天，人們可以方便地構(gòu)造出各種復(fù)雜的數(shù)字模型，包括CAD模型、掃描模型以及各種科學(xué)仿真模型等，它們?cè)诠I(yè)設(shè)計(jì)、影視娛樂(lè)、模擬仿真等領(lǐng)域中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。由于海量模型通常占據(jù)GB級(jí)的存儲(chǔ)空間，因此如何高效存取和交互繪制這些海量模型已成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的一個(gè)挑戰(zhàn)性問(wèn)題。
　　 本文研究海量三維模型交互繪制技術(shù)，其主要目標(biāo)是利用CPU

2、和GPU的計(jì)算能力，在內(nèi)存有限的情況下交互地生成海量模型的動(dòng)態(tài)圖像，幫助人們更好地理解場(chǎng)景。海量三維模型交互繪制技術(shù)主要分為兩部分：預(yù)處理部分和交互繪制部分。在預(yù)處理部分中，利用空間剖分和物體聚簇算法對(duì)輸入的海量模型場(chǎng)景生成空間剖分索引，然后使用簡(jiǎn)化算法為場(chǎng)景生成LOD模型。在交互繪制部分，基于空間索引與LOD模型，綜合使用可見(jiàn)性剔除、LOD細(xì)節(jié)剔除與外存數(shù)據(jù)調(diào)度等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)海量三維模型的交互繪制。
　　 基于所提出的繪制和處理

3、算法，本文研發(fā)了一個(gè)基于外存調(diào)度的海量三維模型交互繪制系統(tǒng)：Adaptive Voxels，在主流PC硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了海量三維模型的交互繪制。本文的主要貢獻(xiàn)有：
　　 1.提出了基于雙層BSP的場(chǎng)景樹(shù)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的文件格式。采用單一BSP結(jié)構(gòu)的場(chǎng)景樹(shù)由于其二叉樹(shù)較深，在進(jìn)行編輯操作時(shí)更新代價(jià)較大，本文使用結(jié)合粗粒度場(chǎng)景BSP與細(xì)粒度物體BSP的雙層BSP場(chǎng)景樹(shù)結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行物體編輯時(shí)，物體BSP結(jié)構(gòu)保持不變，僅更新粗粒度的場(chǎng)景BSP

4、，因而其更新代價(jià)較小。在繪制時(shí)，細(xì)粒度的物體BSP保證了可見(jiàn)性剔除算法的效率。本文采用了基于塊的外存文件格式，能夠累積地保存交互編輯結(jié)果，而不需要將整個(gè)場(chǎng)景數(shù)據(jù)重新保存，從而提高了操作效率。同時(shí)這種場(chǎng)景樹(shù)結(jié)構(gòu)貫穿了系統(tǒng)的預(yù)處理數(shù)據(jù)調(diào)度和交互繪制整個(gè)過(guò)程，有效簡(jiǎn)化了場(chǎng)景數(shù)據(jù)的訪問(wèn)操作。
　　 2.提出了基于GPU采樣的自適應(yīng)體素模型簡(jiǎn)化算法。利用GPU對(duì)模型采樣得到的材質(zhì)紋理、法向紋理與深度紋理合成體素化的簡(jiǎn)化模型，同時(shí)根據(jù)模型幾

5、何自適應(yīng)地選取采樣點(diǎn)，減少采樣數(shù)量，提高了系統(tǒng)效率。另外本文采用基于外存文件的簡(jiǎn)化策略，對(duì)海量模型的簡(jiǎn)化操作提供了支持。同時(shí)我們對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行編碼，生成適合GPU繪制的數(shù)據(jù)格式，為交互繪制做準(zhǔn)備。
　　 3.提出了新的基于外存數(shù)據(jù)的交互繪制算法。該方法將LOD簡(jiǎn)化模型加入到實(shí)時(shí)遮擋剔除算法中，有效提高了可見(jiàn)性剔除算法的效率，同時(shí)采用基于LRU分配策略的內(nèi)存池和顯存池技術(shù)來(lái)消除存儲(chǔ)碎片，最終形成了一個(gè)結(jié)合視域剔除、遮擋剔除、外存調(diào)