【硕士论文】游戏引擎中实时广域流体渲染研究和应用.pdf

《【硕士论文】游戏引擎中实时广域流体渲染研究和应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、摘要摘要近年来，随着游戏和虚拟现实技术的不断发展，对于实时渲染的真实感、场景的复杂度不断提出更高的要求。与此同时，计算机的图形硬件处理能力也有了巨大的发展，尤其是支持可编程渲染管线GPU的推出使得PC机的图形处理能力获得了质的飞跃。这使得用户对于渲染的真实感和实时性的要求不断提高。而对覆盖有流体的地形表面进行有效地处理能够大大地提高视觉真实感。水面模拟就是其中一个重要部分。但是，目前已有的水面渲染算法普遍存在计算量庞大，耗时久，实时性不强等缺点。本文首先系统地分析和总结了现在的一些水面渲染技术。在此基础上，结合最新图形加速硬件特

2、征，以渲染效果和渲染效率达到良好平衡为目的，对目前典型的水面模拟算法进行合理优化。该优化以两个主线进行：一是通过多张高度场纹理图混合简化实时水面网格模型的计算量，以及利用GPU强大的并行计算能力求解波动方程。二是针对网格顶点光照计算优化，基本策略是将以前放置在CPU上完成的复杂计算通过GPU的相关硬件特性进行替换，如环境纹理映射等，较为真实地模拟了水面上发生的折射和反射等光学现象。该算法最终有效地运用到游戏引擎的实时渲染系统中，实验证明该算法可行。另一方面，对水面漂浮物体与水面的交互运动模拟也是目前研究的一个热点和难点。漂浮物体

3、在水面浮力作用下其运动状态变化比较复杂。目前有两种计算方式，一种是将浮力计算指定在刚体外表面的一些特殊点上，并假设小区域表面面积归结到这些点上；另一种是在刚体中填入一些规则几何体，然后分别计算它们的浮力。这两种方法都存在～个问题，就是对外形复杂的刚体很难模拟准确，同时还需要大量额外计算，不适合实时系统。在本文中，提出利用几何分解法对浮力计算进行简化的思路，大大提高了算法的效率，并在实验中获得了良好的效果。最后，本文对实验中存在的不足进行了分析，并提出了需要继续完善的几个方面。同时，对广域流体实时渲染的发展进行了展望。关键词：实时

4、渲染，广域流体，水面渲染，浮力，波动方程jjb比赛http://www.pearphp.com/主要术语表主要术语表VIIjjb比赛http://www.pearphp.com/第一章绪论第一章绪论1．1课题背景国家科技部在2005年12月26号发布的“中国数字媒体技术发展白皮书”中指出，当前我国的数字媒体技术的发展存在内容制作效率低下，缺乏创新点，标准化滞后，市场发展迅猛但是很不成熟，核心技术缺乏竞争力，产业链需要进一步的完善，商业发展模式还没有成形等不足。这些问题都严重影响了我国数字媒体产业和相关技术的发展。国家致力于在未来

5、的五年发展计划中逐步地改善和彻底解决这些问题。中国在最近十来年中经济发展迅速，数字媒体技术产业具有广阔的发展空间和巨大成长机遇，只要对相关的企业进行有利的扶持，对响应的市场进行有效地引导，必将大大提升我国数字娱乐产业的市场竞争力，进一步提高我国在这一领域中的国际话语权。在这一政策的引导下，国家和各地方大力推动了数字媒体相关项目的研究。本文就是在这两个项目的支持下完成的。国家863计划项目“支持数字媒体内容创作的集成环境”(2006AA012335)。该项目的主要任务是为大型实时网络游戏提供一个综合的创作平台，这个平台能够整合网络

6、，图形，物理，AI和游戏逻辑，音效等功能模块并以场景编辑为主要的数字内容创作工具，最终实现大型室外场景的实时渲染。四川省科技攻关计划“游戏引擎中多重纹理与凹凸映射的研究与实现”(04GG006．028)。该项目的主要任务是明确在游戏引擎中应用多重纹理技术和凹凸映射技术的应用方向，以及如何利用图形硬件的新特性与之结合来进一步提高场景渲染的真实感和渲染效率。1．2研究意义本论文课题来源于863计划2006年目标项目“支持数字媒体内容创作的集成环境”，目的在于在游戏引擎中实时地具有交互性地渲染大规模流体场景，论文以海洋这种典型的广域流

7、体作为研究对象，寻找对于大场景流体渲染较为通用的方法。广域流体的实时模拟一直是计算机图形学中相当重要的领域，每年都有大量jjb比赛http://www.pearphp.com/jjb比赛http://www.pearphp.com/电子科技大学硕士学位论文的计算机图形工作者投入到这个领域中。经过近20年的发展，广域流体模拟领域已经取得了不容忽视的重大发展。在物理学、数学、统计学、海洋研究学的共同推进下，利用计算机图形计算实现各种广域流体的真实再现已经成为可能。这种技术在虚拟现实、互动娱乐、海洋研究、军事模拟中都有及其重要的地位。

8、每年在SGI、IEEE等著名计算机图形研究学会上都有大量的相关论文出现，广域流体的实时模拟在计算机图形学中的地位不言而喻。广域流体模拟从其对实时性的要求上可以分为两类，一类是非实时性模拟，另一类是实时性模拟。早期的广域流体模拟基本都是基于非实时性系统的，因为广域