【硕士论文】游戏引擎中非真实感渲染的研究与实现.pdf

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1、摘要摘要非真实感渲染以其独特的视觉效果和广泛的应用前景为基础，成为计算机图形学的研究热点之一。与真实感渲染相比，非真实感渲染追求的目标是模拟艺术作品的艺术效果，或对客观世界的主观描述与表达。非真实感渲染已经发展成为一个独立的分支，针对二维和三维的输入都有卓越的表现，拥有诸如轮廓线绘制、非真实感光照、非真实感纹理等独有的技术方法。非真实感渲染吸收了真实感渲染所取得的大量研究成果，其渲染方法从简单的依靠CPU进行处理发展到今天广泛借助图形渲染流水线进行处理。如今，非真实感渲染涉及的范围不再局限于辅助绘制艺术作品，还涉及到电

2、影、卡通动画等娱乐行业，在教育领域也有很多应用前景。特别是游戏制作中，得到了越来越广泛的应用。如何在游戏引擎中实现无需用户干预的非真实感渲染，成为本文将要解决的问题。目前在游戏引擎中，特殊效果渲染需要单独编写程序实现。本文的研究目的是将非真实感渲染模块作为游戏引擎中特效渲染模块的子模块之一，以插件形式接入引擎主模块。水彩风格因其复杂的艺术特征，一直是非真实感渲染的一个难点。本文选择水彩风格为目标，实现了一种水彩风格的非真实感渲染。作者通过研究当前非真实感渲染领域多种渲染效果的实现手法，借鉴了其中效果好并且效率高的部分，

3、改进了当前已有的渲染流程中不足的部分。根据作者本人对水彩效果的分析理解，建立了一个基于经验的模型。实现了由输入三维模型，经历轮廓线查找、卡通风格渲染、Phong光照模型真实感渲染、图像混合、颜色修改、边缘暗色化处理以及纸张纹理凹凸映射等多个步骤，最终得到水彩风格图像的非真实感渲染流水线。本文的实现过程无需用户干预，采用了基于可编程图形硬件的方法，充分利用了可编程图形硬件的计算能力，速度较快，渲染效果较好，可以较好的运用于游戏引擎当中，为游戏引擎的特效模块提供了一种全新的特效模式。关键词：非真实感渲染，游戏引擎，水彩风格

4、，可编程图形硬件jjb比赛http://www.pearphp.com/第一章绪论第一章绪论1．1引言家用计算机的普及和网络的发展，使游戏特别是网络游戏的玩家人数得到了几何级数的增长。游戏带给人们的首先是视觉上的冲击，这必然与计算机图形学密不可分。当前计算机图形学中用到的渲染技术大致可以分为真实感图形渲染技术和非真实感图形渲染技术。真实感图形渲染技术已经十分成熟，而非真实感图形渲染技术近十几年来则是得到了更多的关注、应用和突破性进展。非真实渲染已经被运用于部分游戏中，并必将得到更为广泛的应用。自从计算机图形学诞生以来，

5、生成照片真实感效果的图像就成为其主要的目标。就像摄影艺术是通过光学原理对真实世界的客观反映，真实感渲染(PhotorealisticRendering)就是力图利用计算机对真实世界场景进行描绘。这个问题近来已经能被相当完善的解决了，甚至可以生成非常复杂的、包含许多自然界物体的场景。与摄影相对应的另外一种历史更为悠久的艺术形式就是绘画。在绘画艺术中，常常出现很多不存在于真实世界场景中的信息。艺术家可以牺牲表面纹理和其他方面的真实感为代价，着重强调形状；或者选择独特的透视画法强调场景中的某些方面；甚至将场景以某种方式变形以

6、提高信息含量。对各种绘画作品的分析使计算机图形学研究者们有了新的研究方向，那就是对真实世界场景的艺术化渲染，也就是非照片真实感渲染(NPR，Non．PhotorealisticRendering)。在本文中，我们简称这种渲染方法为非真实感渲染。非真实感渲染的目标是首先指定一种绘画作品的形式，然后编写计算机程序生成类似该种绘画作品风格的非真实感渲染的场景。其目的不在于场景渲染的真实性，而主要在于表现艺术特质、模拟绘画作品(甚至包括作品中的缺陷)、或者作为真实感渲染的有效补充等。由[1]给出了若干对照片或者视频序列进行抽象

7、化处理并得到具有某种绘画作品风格的结果开始，在计算机图形学界开始了真正的非真实感渲染的研究，并逐渐走向成熟，逐步形成了计算机图形学领域一个独特的分支[2】【3】【4】【5】【6】【7】【8】。jjb比赛http://www.pearphp.com/jjb比赛http://www.pearphp.com/电子科技火学硕十学位论文1．2非真实感渲染在游戏引擎中的应用我们可以把游戏的引擎比作赛车的引擎，大家知道，引擎是赛车的心脏，决定着赛车的性能和稳定性。而赛车的速度、操纵感这些直接与车手相关的指标都是建立在引擎的基础上的。

8、游戏也是如此，玩家所体验到的剧情、关卡、美工、音乐、操作等内容都是由游戏的引擎直接控制的，它扮演着中场发动机的角色，把游戏中的所有元素捆绑在一起，在后台指挥它们同时、有序地工作。简单地说，引擎就是“用于控制所有游戏功能的主程序，从计算碰撞、物理系统和物体的相对位置，到接受玩家的输入，以及按照正确的音量输出声音等等。”渲染是引擎最重