真实感图形绘制技术研究

《真实感图形绘制技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、真实感图形绘制技术研究关键词：一、引言随着虚拟现实应用领域的日益扩大及应用内容的复杂化，尤其近两年X络图形技术的高速发展，计算机真实感图形已深入到人们的日常工作、学习、生活中，真实感图形实时绘制技术的需求急剧增加，使其成为计算机图形学的一项重要研究内容。以下我们主要介绍基于图像、点和图形与图像相结合这三种图形绘制技术。二、基于图像的绘制技术基于图像的图形绘制技术是从采样图像序列生成新视景图像的过程。首先在源场景中确定一系列的采样视点和采样方向，然后进行图像采样，并对得到的图像序列进行变换、组织，生成图像流场。依据观察

2、者在虚拟场景中的位置和观察方向再从图像流场中检索生成新视景所需的光线信息从而恢复出图像。源场景可以是实景,也可以是计算机合成场景,且二者可以混合使用。基于图像的图形绘制技术的理论基础是全光函数。全光函数为一参数化函数，定义了空间任一视点处，在任何时刻和任一波长范围内的所有可见信息。用计算机图形学的术语，它描述了给定场景中所有可能的环境映照集合。对空间中的任一视点，从该视点出发的任一视线均可用球面角和定义。若记光波长为X，则在T时刻，视点V处的全光函数定义为：全光函数刻画了一给定场景中任一点处的环境映照，因而，它以图像

3、形式给出了场景的精确描述。将视点，和球面角，及时刻代入全光函数的定义式中，即可生成一帧给定视点沿特定方向的视图。这一过程实际上是对全光函数的采样，所得视图为全光函数的一个样本。于是，基于图像的图形绘制问题可描述为：从给定全光函数的离散样本集合中重构连续的全光函数，然后，在新的视点位置重新采样该函数来绘制新的视图。即基于图像的图形绘制过程其实是全光函数的采样、重建和重采样过程。由全光函数的定义可知，一般意义上的全光函数是7维的，需要采样的图像信息量很大，因此，直接构造全光函数往往非常困难。在实际应用中,针对具体的应用需

4、求，我们可以合理地简化全光函数，以达到要求的实时绘制图像的效果。我们通过限制观察者在一些离散的给定点观察场景，并忽略维全光函数中的波长、时间等其他参数，便得到一个维的全光函数：其中,、分别对应于相机在固定视点的水平观察方向和镜头的焦距。这是一种最简单的全光函数表达，又称为基于全景图集合的方法。三、基于点的绘制技术物体表面几何细分的极限是点，点模型用从几何体表面密集采样得到的离散点用来隐式地表示物体的表面。与传统的三角X格模型相比，点模型最显著的特点就是它不包含任何拓扑信息，如点与点之间的连接关系及点的邻域信息等，因此

5、常被用来构建几何体难以描述的“软”物体(如烟、云、灰尘、火焰、水和树等)。基于点的绘制技术将点作为绘制基本元素。通过适当的采样，场景对象被表示成一组密集的表面采样点，与这些点一起存储的还有点的颜色、深度和表面法向量等信息，根据这些点的信息经过表面重构，生成连续表面而非离散点云构成的真实感图形。使用点的几何信息，加上基于点的光照、纹理、阴影等处理就可得到真实感图形。由于保存了点及其几何信息，并且点的采样与视点无关，所以，基于点的某些处理过程可以从绘制过程分离，并经过一次采样后，可以进行多次不同视角的场景绘制，这样就提高

6、了绘制速度，达到交互实时绘制的目的。点绘制工作流如图1所示。点绘制技术要注意三个关键点：1.存储效率。基于点的绘制方法只要求存储点的几何信息，而不需要点与点间的连接结构信息，看上去存储效率似乎高，其实不然。因为用点表示场景所需要的采样点比多边形X格多的多，因此，如何有效存储这些点是要解决的一个关键问题。2.绘制性能。这是采用基于点绘制技术的主要动机，当场景高度复杂，构成场景的三角片在屏幕投影比一个象素还小时，绘制单个点会更加有效。当前基于软件实现的点绘制算法和部分硬件加速算法都以提高绘制性能为其目标之一。3.绘制质量

7、。点绘制技术最关键的工作是由离散点在屏幕重构没有空洞的连续表面。给定一组表面采样点，可以方便地把它们由物体空间转换到屏幕空间，并映射到屏幕象素，当多个表面的采样点映射到一个屏幕象素时，通过多种方法可以解决可见性问题，但困难在于，一个表面的采样点并不能映射到这个表面在屏幕上的所有象素，因而可能产生空洞。解决这一问题的不同途径产生了目前各种各样的绘制方法，并且仍是进一步研究的关键。四、基于图形与图像的混合绘制技术基于几何模型的绘制方法和基于图像的绘制方法在解决通用平台实时真实感绘制问题上均存在着局限性，这使研究者开始考虑

8、将两者结合起来，互补长短，寻找达到目标的新途径。所谓混合绘制，指的就是同时采用几何及图像作为基本元素来绘制画面的技术。该技术根据一定的标准，动态地将部分场景简化为映射到简单几何体上的纹理图像，若简化引起的误差小于给定阈值，就直接利用纹理图像取代原场景几何来绘制画面。简单几何面置于被简化景物的中心，而简化误差被严格控制在给定的阈值内。这种绘制技术