大规模场景仿真技术初探

《大规模场景仿真技术初探》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、大规模场景仿真技术初探樊榕杜鹏杭州电子科技大学数字媒体与艺术设计学院摘要:木文从基于细分曲面渲染、分布式场景仿真等研究方向探讨了大规模场景仿真技术目前面临的问题和解决思路，并介绍了作者所在团队在大规模场景仿真在虚拟驾驶应用领域所做的工作。关键词：细分曲面;分布式;虚拟驾驶;1・引言随着虚拟现实眼镜OcclusRift^SamsungGearVR、HTCVive等硬件的不断兴起，近两年大规模场景仿真技术成为了一个研究热点，本文从基于细分曲面渲染、分布式场景仿真等研究方向探讨了大规模场景仿真技术目前面临的问题和解决思路，并介绍了作者所在团队在大规模场景仿真在虚拟驾驶应用领

2、域所做的工作。2.基于细分曲渲染三维渲染技术在场景仿真中发挥着至关重要的作用。为了得到完美的渲染效果，通常釆用全局光照(GlobalIllumination)对场景进行真实感渲染。光线跟踪(raytracing)和光子映射(photonmapping)是两种常用的全局光照渲染技术。由于被渲染的场景规模往往接近或超过普通计算机内存的限制，所以，全局光照对内存和渲染速度都提出了极大的挑战。为此，细分曲而技术被引入场景渲染，它利用网格模型顶点的位置信息，通过移动和插值的方式，在毎次细分过程中，移动旧顶点并插入新顶点，最终得到一个包含更多多边形单元并且光滑的网格模型。该技术具

3、有以下主要优点:首先，实现简单，而且适用于任意拓扑结构;其次，数值上稳定地收敛于它所对应的极限细分曲面;第三，生成的细分曲而在单元边界上具有局部连续性，使生成的网格模型更加平滑。这些优点使得细分曲面建模被广泛地应用于多分辨率分析、医学图像重构以及影视动画制作等领域。虽然细分曲面技术可以在不使用复杂模型的情况下，极大地提升模型细节表现力和渲染质量。但是当细分层次增加的时候，细分面片个数呈几何级数增加，最终导致内存溢岀。为了解决这个问题，杜鹏等人提出了一•种细分曲面内存索引算法，达到了提升内存利用率的目的［1］。3.分布式场景仿真近年来，大规模场景仿真被广泛应用于军事模拟

4、、在线游戏等领域，随着场景规模的增加，普通工作站越发无法满足用户对内存和实时性的要求，于是，集群技术被应用到处理相关问题。传统方法利用CPU集群并结合负载平衡算法虽然能解决内存利用率不足的问题，但是仍然无法满足实时性的要求，对此，杜鹏等人利用GPU集群架构来处理这类问题，相对于CPU集群，GPU集群技术对于大规模视景仿真，能达到百倍以上加速［2］。4.驾驶由于近年来机动车越来越多地走进普通百姓的家庭，所以学习机动车驾驶成为了一个普遍的社会现象。与此同时，由于诸多法律法规限制，例如出于安全考虑不允许无证人员驾驶机动车，以及尽快掌握驾驶技术的需求，汽车驾驶模拟器应运而牛。

5、该模拟器使用与真车相同配置和操作方式，使用者根据在仿真窗口中看到的场景，做出避让、转向、加速、减速、倒车等操作。通过这种练习方式，可以达到提高驾驶技能的目的，同时节约了成本，保证了安全。本团队在虚拟驾驶主要解决了以下四方面问题：仃)首先需要解决的问题是获取硬件系统提供的指令，例如加速、倒车等指令。解决这个问题拟采用的方法是通过与硬件开发团队沟通，由双方协作方式，将加速、倒车等指令封装成回调函数的形式，并在回调函数屮实现相应的功能。(2)交通运行情况仿真是一个复杂的过程，为了能够给使用者身临其境的感受，要求模拟过程要达到实时性要求，这是本系统的需要解决的核心问题和难点，

6、木团队提出了一种实时高精度碰撞检测方法来解决这个问题。(3)当由使用者所驾驶的虚拟汽车和场景中的其它车辆或者障碍物发牛碰撞，需要触发硬件响应机制(例如刹车)来中断当前模拟。解决这个难点涉及到软硬件协调工作的问题，采用的方法是：由硬件开发团队提供一个触发屮断机制的被调用接口，当满足中断条件的情况下，由软件调用这个接口，触发中断机制。(4)为了真实感的需要，场景中包含了大量的不同类型的车辆、建筑物和树木，所以，如何高效地对这些车辆、建筑物和树木以及其它特殊的模型建模，是木系统需要解决的一个难点。为了解决这个难点，采用如下方法:对于三维场景、汽车和建筑物，采用3dsmax软

7、件进行搭建。3.结论本文从基于细分曲面渲染、分布式场景仿真等研究方向探讨了大规模场景仿真技术目前面临的问题和解决思路，并介绍了作者所在团队在大规模场景仿真在虚拟驾驶应用领域所做的工作。综上，木文案例分析可见，大规模场景仿真目前面临实吋性和内存利用率两方面问题，可以利用优化算法、分布式系统、GPU等技术对这两方而问题加以解决。参考文献[1]PengDu,YongjunKim,SungeuiYoon.TSSBVHs:TetrahedronSweptSphereBVHsforRayTreicingSubdivisionSurfaces,ComputerGr