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硬件加速的CAD显示技术研究

作　者: 英正明
导　师: 童若锋
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 硬件加速显示技术深度缓存计算机图形硬件面光源实时生成生成算法剖面线冲突检测线光源
分类号: TP391.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 63次
引　用: 1次
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内容摘要

在过去CAD的显示中，开发人员不能同时实现真实的图像和良好的人机交互，而必须在两者之间权衡。随着计算机图形硬件的飞速发展，我们已经可以两者兼顾，距离在CAD中的实时照片级真实感图像显示的目标越来越近了。图形硬件的发展，不仅表现在速度的飞速提高，还表现在功能的不断增强。在本文中，作者将一些硬件加速的技术应用于CAD显示，使得CAD可以显示更加真实的光照，更多种类的物体，以及实现更多的其它功能。本文第一章介绍了OpenGL扩展功能、硬件加速的可编程着色等图形硬件的新功能，它们是本文方法的基础知识。象素光照是在向照片级真实感图像发展中的一大步。相对传统的顶点光照，它展示了更多的细节和更精确的光照效果。使用硬件的象素计算功能，可以实时地完成象素光照的计算。本文第二章首先介绍了象素光照在图形硬件上的实现方法。然后作者提出了面光源的软阴影生成算法，借助硬件的增强实现了面光源软阴影的实时生成和显示。具体工作为：在线光源软阴影生成算法的基础上，作者提出了运用快速面积估计生成面光源的软阴影的算法。这个算法解决了线光源软阴影生成算法阴影过渡不真实的缺陷，可以实时生成较为真实的面光源软阴影。借助于硬件的帮助，我们还可以实时生成和显示轮廓线和剖面线。本文第三章第一节介绍了三种不同的硬件加速的显示轮廓线方法，并比较了三种方法的结果。在第二节，作者提出并实现了使用模板缓存和剖面纹理贴图的剖面线生成和显示方法，可以实时地显示剖面线，并在此基础上，提出了使用cg语言实时地生成反走样的剖面纹理的方法。在第四章中，作者提出了基于深度缓存的CAD装配体实时冲突检测算法：作者首先提出了一个针对简单零件的基于单深度缓存冲突检测算法，在此基础上，利用深度剥离技术，给出了基于多深度缓存的针对复杂零件的精确的冲突检测。用户可以决定是使用单深度缓存获得较不精确的冲突检测，还是使用多深度缓存获得精确的冲突检测。两种方法都可在实时场合使用。前三章中各种方法对图形硬件资源的占用可能会引起冲突，第五章中作者讨论了如何修改传统的显示流程来容纳前面三章提出的所有的效果和功能，而同时保持最大的性能。最后，作者总结了全文的内容并对未来CAD显示的发展方向提出了自己的看法。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-24
  1． 1 显示技术介绍  7-8
  1． 2 CAD中的显示技术  8-9
  1． 3 OpenGL扩展功能  9-17
    1． 3． 1 OpenGL模板缓存  11-12
    1． 3． 2 多纹理扩展  12
    1． 3． 3 纹理环境扩展  12-13
    1． 3． 4 寄存器组合扩展  13-16
    1． 3． 5 顶点编程扩展和象素编程扩展  16
    1． 3． 6 象素缓存扩展  16-17
  1． 4 硬件加速的可编程着色  17-23
    1． 4． 1 光照模型  17-18
    1． 4． 2 非硬件加速的可编程着色语言Renderman  18-20
    1． 4． 3 硬件加速的可编程着色语言  20-23
  1． 5 各章节主要内容  23-24
第二章象素光照和阴影  24-38
  2． 1 象素光照  24-29
    2． 1． 1 象素光照的计算  25-27
    2． 1． 2 OpenGL扩展实现象素光照  27-29
    2． 1． 3 cg语言实现象素光照  29
  2． 2 阴影生成  29-36
    2． 2． 1 阴影体  30-31
    2． 2． 2 阴影贴图  31-32
    2． 2． 3 线光源的软阴影  32-33
    2． 2． 4 面光源的软阴影  33-36
  2． 3 小结  36-38
第三章轮廓线和剖面线显示  38-48
  3． 1 轮廓线显示  38-43
    3． 1． 1 基于4次绘制的轮廓线显示方法  38-39
    3． 1． 2 基于2次绘制的轮廓线显示方法  39-40
    3． 1． 3 基于点积计算的轮廓线显示方法  40-42
    3． 1． 4 结果比较  42-43
  3． 2 剖面线显示  43-46
    3． 2． 1 生成剖面  43-45
    3． 2． 2 绘制剖面线  45-46
  3． 3 小结  46-48
第四章基于深度缓存的冲突检测  48-56
  4． 1 单深度缓存冲突检测  48-52
    4． 1． 1 冲突检测算法  49-51
    4． 1． 2 方法的缺陷  51-52
  4． 2 多深度缓存冲突检测  52-54
    4． 2． 1 深度剥离方法  52-53
    4． 2． 2 冲突部位检测  53-54
    4． 2． 3 冲突体显示  54
  4． 3 小结  54-56
第五章显示流程  56-61
  5． 1 流程重组目标  56
  5． 2 资源的占用分析  56-58
    5． 2． 1 象素光照和阴影  57-58
    5． 2． 2 轮廓线  58
    5． 2． 3 冲突检测  58
  5． 3 流程重组  58-60
  5． 4 小结  60-61
第六章总结和展望  61-63
  6． 1 总结  61-62
  6． 2 展望  62-63
附录A 参考文献  63-65
附录B 术语表  65-66
致谢  66-67

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