基于硬件的不规则物体绘制

论文摘要

对不规则物体的建模和绘制一直是计算机图形学真实感最具有挑战性的研究方向之一。本文围绕基于硬件的不规则物体的绘制与建模展开讨论与研究,主要研究了基于硬件加速的实时体绘制技术以及基于硬件的粒子系统。基于硬件加速的体绘制技术是本文的研究重点。本文改进了传统的基于三维纹理的体绘制算法,提出了自适应三维纹理切片的体绘制算法,使得纹理采样、插值、分类和颜色合成等主要体绘制过程都在GPU中由像素着色器完成。充分的实验结果表明本文的算法达到了和传统光线投射算法相媲美的图像质量和相当高的绘制速度。本文在此体绘制算法的基础上提出Ping-Pong交替式的绘制模式绘制烟气蔓延的体数据,实验结果表明这种绘制模式显存占用量小,绘制精度高,能真实流畅地再现室内烟气的动态蔓延效果。粒子系统作为不规则物体建模与绘制的另外一种主要技术其应用也十分广泛。本文利用GLSL将粒子系统的特有属性定义为自定义的属性,并在顶点着色器中完成粒子系统状态的更新,显著地提高了绘制效率并具有较好的人机交互性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 课题概述
• 1.1.2 研究内容
• 1.1.3 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 不规则物体建模绘制的研究现状
• 1.2.2 科学计算可视化的研究现状
• 1.3 本章小结
• 第2章 技术基础
• 2.1 体绘制技术概述
• 2.1.1 体数据的表示
• 2.1.2 体绘制的实现流程
• 2.1.3 体数据的分类
• 2.1.4 体绘制的光学模型
• 2.1.5 对光学属性的积分
• 2.1.6 绘制方法分类
• 2.2 OpenGL Shading Language 概述
• 2.2.1 顶点着色器
• 2.2.2 像素着色器
• 2.2.3 GLSL 系统特性
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于GLSL 的实时体绘制
• 3.1 概述
• 3.2 算法主要环节
• 3.2.1 算法描述
• 3.2.2 体数据的预处理
• 3.2.3 proxy geometry 的处理
• 3.2.4 像素着色器per-pixel 的处理
• 3.2.5 颜色合成
• 3.2.6 绘制加速
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 光照的影响
• 3.3.2 颜色融合方式的影响
• 3.3.3 转换函数的影响
• 3.3.4 体数据的剔除
• 3.3.5 效率和图像质量分析
• 3.4 烟气蔓延绘制
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 数据预处理
• 3.4.3 像素着色器处理
• 3.4.4 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于GLSL 的粒子系统
• 4.1 引言
• 4.2 粒子系统设计
• 4.2.1 粒子系统的定义
• 4.2.2 粒子系统的属性
• 4.3 粒子状态的更新
• 4.4 结合场馆模型的绘制
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢