浅谈大规模室外场景实时真实感渲染引擎架构与实现

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1、电子科技大学硕士学位论文大规模室外场景实时真实感渲染引擎架构与实现姓名：魏骁申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：朱清新20061205摘要摘要近年来，实时视频游戏、虚拟展示、虚拟教学系统等数字媒体的应用对实时渲染的真实感、场景的复杂度不断提出更高的要求．引擎作为媒体系统创作的核心，对各项技术的支持需要完整的考虑。其主要支撑技术涉及：图形引擎技术、网络引擎技术、大规模软件工程技术、基于图形硬件的通用计算技术、室外大面积自然场景的渲染加速技术。本文在对这些技术进行分析和研究的基础上，提出了一个适合大规模室外场景渲染的引擎架构DMF并实现。这是一

2、个面向对象的、可扩展的引擎框架，整合了多个不同类型的开源引擎，并加入针对特殊应用的扩展，还能支持Lua脚本的嵌入与交互。在这个框架的基础上开发了允许网络协同操作的场景编辑器。探索了一种全新的数字内容创作模式。本文还研究了室外场景真实感渲染的加速算法，分别针对动态水面与大面积森林渲染。并在框架中以插件的形式实现。同时以流体模拟和室外场景漫游应用为实例对算法的效率进行了验证，实验结果表明算法可以提高实时流体模拟和森林场景渲染的真实感与运行时效率。最后，本文对目前图形学的发展方向和数字媒体的协同创作工具进行了展望，同时针对图形技术新的发展趋势提出了一些在大面

3、积室外场景渲染方面值得深入研究的方向。关键词：实时渲染，图形硬件，植被渲染，基于图像的渲染，协同编辑AbstradAbstractRenderinglargeareaofrealisticoutdoorsceneisimportantinmanyfieldsofcomputergraphics，suchasrealtimevideogames，virtualrealitybasededucationprogramandvirtualexhibitionapplications．Thisthesispresentsthedesignandimplemen

4、tationofahiglllevelenginefocusedonrealtimerenderingoflarge-scaleoutdoorscene．Thisthesisconsists3mainparts．Thefn'stpartisashortintroductionfocusedontheprojectbackground，thestateoftheartpresentationofrelatedareasaswellasadetaileddescriptionofimportanttechnologyusedextensivelyinthe

5、architectureimplementationandalgorithmoptimizationprocess．Then，wepresentthemainresearchcontributionofthisthesis．Andfinallyistheoverallorganizationofourthesisindetails．ThesecondpartisadetaileddescriptionofthearchitectureandimplementationofahighlevelframeworkcalledDMEDMFisanobiect

6、-oriented，plug-inbasedmiddlewaredesignedtofacilitatetheprocessofrealtimerenderingofoutdoorscenes．DMFisengineeredinaTestDrivenDevelopmentODD)way．SowefirstintroduceOUrimplementationofalightweightunittestcomponent．Thenweintroducethecorecomponentandthescriptingcomponent．Andfinallywe

7、demonstratethedesignandimplementationofarealtimecollaborationeditorprototypebuiltontopofDMEThethirdpartpresentsourtwooptimizationalgorithmsdesignedtoacceleratetherenderingofoutdoornatureelementsincludingdynamicwaterandforest．FirstisaGPGPUbasedalgorithmtosolveandrender2dwaveequat

8、ion．Theemphasisisonthedevelopmentofacceleration