【硕士论文】游戏引擎中特效的实时渲染技术研究.pdf

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1、摘要摘要随着中国数字娱乐产业的发展，中国网络游戏也保持着强劲的增长势头，网络游戏的兴盛，是数字娱乐文化发展的一个必然环节，因此3D游戏引擎技术成为计算机图形学研究的热点问题。游戏及虚拟现实等模拟系统都具有感知性、沉浸性、真实性等重要特征，随着计算机硬件水平的不断提高，游戏场景的真实性成为衡量系统性能的一个重要标准。电子科技大学数字媒体研究所研究的“网络游戏公共技术平台关键技术研究”和“支持数字媒体内容创作的集成环境"两个国家863项目，就是对数字媒体技术和游戏引擎技术的一种尝试。结合以上项目，本文研究了在游戏引擎中真实感特效方面的一些关键问

2、题：高动态范围、景深模拟及运动模糊，并在已有的引擎基础上开发了三个特效插件。本文对课题的研究主要集中在以下三个方面。高动态范围技术，是逐渐开始流行的实时绘制技术中的一个热门研究领域，其技术出发点就是让计算机能够显示更接近于现实照片的画面质量。本文从光照模型着手，在GPU上实现了对Phong模型的扩展；接着探讨了高动态范围技术，详细介绍了高动态范围的绘制技术和实现流程，在我们的游戏引擎中以插件形式实现了基于GPU的高动态范围光照系统，增强了视觉真实感。景深是人眼视觉系统中成像的重要特征。本文从光照效果的成像机制，对透镜成像模型与针孔成像模型进

3、行研究，在此基础上提出一种在计算机三维场景成像中实时地模拟出景深效果的算法。算法利用了MRT(MultipleRenderTargets)技术及GPU的可编程性，对清晰图像和模糊图像进行融合，实现了实时景深模拟，增强了用户的沉浸感。运动模糊是虚拟环境和3D用户界面真实感的表现之一。本文继续研究光照效果的成像机制，在计算机上模拟真实相机对运动物体的拍摄产生的运动模糊效果。为了提高执行效率，我们将计算转移到了GPU，实现了对运动模糊的实时模拟，并以一个匀速直线运动物体为例，展示了运动模糊系统的模拟效果。在本文的最后，我们将运动模糊与高动态范围光

4、照系统和景深模拟结合，综合展示了三个特效插件的集成运行效果。关键词：可编程图形硬件，高动态范围，景深模拟，运动模糊jjd斗地主http://www.toxim.net/第一章绪论第一章绪论1．1课题背景本文是基于高动态范围的计算机特效的模拟研究，是以国家863项目“网络游戏公共技术平台关键技术研究”(No．2005AAll4080)和国家863项目“支持数字媒体内容创作的集成环境"(No．2006AA012335)为依托研究开发的。前者是大型实时网络三维游戏引擎设计，整合网络、图形、物理、AI和游戏逻辑、音效等功能模块，并开发以场景编辑器为

5、主的数字内容创作工具，最终实现了多通道大视景的大型室外场景实时模拟。后者是研究构建数字媒体产品开发的创作工具集和通用引擎；开发支持大规模网络协作式内容创作的关键技术，高效的对象造型技术，支持多种媒体融合的建模技术与创作，以及支持各种计算机特效的集成创作工具。1．2课题研究意义真实感图形绘制技术是计算机图形学的一个重要领域，随着计算机游戏产业和虚拟现实技术的发展，在游戏软件、飞行仿真和战场模拟等具有很强实时交互仿真系统中，对产生逼真的图像提出了更高的要求。图形的真实感往往需要实现若干特效，包括景深处理、运动模糊的模拟等，这反映了计算机生成的图

6、形与客观世界的相似程度，在虚拟环境中直接影响着场景的“沉浸感”。在近三十年的时间里，随着硬件技术和计算机图形学的高速发展，真实感图形绘制技术取得了举世瞩目的成就，并已广泛应用于计算机仿真、计算机动画、虚拟现实、科学可视化等众多领域。高动态范围技术(HDR，“High．DynamicRange”)，是一种逐渐开始流行的显示技术，其技术出发点就是让计算机能够显示更接近于现实照片的画面质量。游戏成为了目前在民用领域最多应用HDR技术最多的。从游戏的发展史以及未来的发展状况来看，随着科学技术的发展，游戏越来越趋向于真实化，玩家不但要求游戏中的每一种

7、物体都有真实的外观，真实的物理特性，同时还要有真实的光照和阴影效果。在过去的十几年中，基于图像的绘制【l】技术得到了更进一步的成jjd斗地主http://www.toxim.net/jjd斗地主http://www.toxim.net/电子科技大学硕十学位论文熟和普遍的应用。在此扩展了的一个更具挑战性的问题，即基于图像的光删2】研究，并逐渐受到人们的关注。在过去的基于图像的绘制技术中，有一个共同的假设，即场景本身是静态的，换句话说就是场景的光照条件固定不变，绘制过程只是通过改变视点位置或视线方向。接着，基于图像的光照研究突破了场景静态的限制

8、，用户不仅可以改变视点，还可以改变场景，然后产生更丰富的光照效果。这方面的研究有【3_巧】，其中最引人关注的是高动态范围图像(HighDynamciRangeImage)【6一拼