三维模拟演练系统中光照模型的研究与实现

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1、密级:硕士学位论文三维模拟演练系统中光照模型的研究与实现作者姓名：唐宇指导教师:于放研究员中国科学院沈阳计算技术研究所学位类别:工学硕士学科专业:计算机科学与技术培养单位:中国科学院沈阳计算技术研究所2016年4月ResearchandImplementationofLightingModelInThree-DimensionSimulationDrillingSystemByYuTangADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmen

2、toftherequirementForthedegreeofMasterofComputerScienceandTechnologyShenyangInstituteofComputingTechnology,ChineseAcademyofSciencesApril,2016独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。对

3、本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。签名：日期：关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以公布学位论文的全部或部分内容。（涉密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：摘要三维模拟演练系统为企业和应急部门提供了强大的服务，它使用三维平台来提供真实的场景环境，通过

4、模拟重大危险源所发生的事故，来协调各部门之间合作关系并提高参演人员应急处理能力。然而，目前的三维模拟演练系统中存在缺乏现代图形流水线、多光源情况下场景渲染计算量过多、不能充分利用硬件而导致的渲染效果差等问题。为了提供更加真实、有效的场景效果需要对现有的光照模型进行研究。光照模型不仅仅需要解决光与材质之间的相互作用，还需要解决光是如何在场景中传播的。本文为了解决三维模拟演练系统中的光照问题，论述了常见的几种光照模型，并对渲染方程做出了分析。根据分析结果将三维模拟演练系统的光照计算分割为局部光照与全局光照，对比了常见的三种插值技术的优劣，并使用Ph

5、ong着色来进行顶点的处理，片元着色器中进行光照的计算以达到更优秀的光照效果。之后，本文依据光照模型设计了三维模拟演练系统中的光照子系统。文章给出了针对三维模拟演练系统的延迟渲染流框架，它依据Blinn-Phong光照模型，构建了一种压缩的G-Buffer布局，并使用LightVolume来对光源进行建模与光照计算的优化。之后文章论述了全局光照算法在系统中的集成与后处理技术在系统中的应用。最后，本文在三维模拟演练系统之上对文中所描述的设计进行了实现，并进行了多项实验结果对比。数据分析表明，新设计的光照系统在多光源的情况下有更高的效率，在保持实时

6、性的同时兼并有优秀的视觉体验，在原有系统的基础之上，取得了不错的效果。【关键词】三维模拟演练系统延迟渲染G-Buffer全局光照后处理技术IABSTRACTThethree-dimensionsimulationdrillingsystemhasbeensupplyingstrongservicefortheenterprisesandtheemergencydepartmentswhichprovidearealisticscenebythethree-dimensionplatform.Byimitatingeventscausedbyha

7、zardsourcethethree-dimensionsimulationdrillingsystemcoordinatesthepartnershipbetweenthedepartmentsandimprovepeople’sabilityofdealingwithemergencyaswell.However,itstillhasquiteafewdrawbacks.Suchasthelackofmoderngraphicpipelinesupport,theexcessivecomputationofscenerenderingont

8、heconditionofmultiplelights,thepoorrendereffectscausedbyhardwareunderutiliz