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基于GPU的实时可交互动态地形在引擎中的研究与实现

作　者: 韩禹
导　师: 陈雷霆
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 动态地形 GPU 引擎场景管理
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 92次
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内容摘要

实现地形渲染的难点主要在于要给用户展现出真实的地形,并且保证实时性所要求的帧率(至少25FPS)。如果读取地形高度信息后,不进行任何处理直接作为顶点来渲染地形,这种方法在渲染大规模地形时很难达到实时模拟的效果。很多地形渲染技术提出要使用基于LOD(Level of Detail)的算法简化地形的分辨率,从而提高地形模拟的帧率。而地形的真实感则需要地形表面植被模拟以及地形表面高度和颜色变化来体现。本文针对地形仿真模拟的特点,重点研究室外场景中大规模动态地形的实时渲染,并且结合图形引擎中场景管理部分管理地形的调度。本文所研究的动态地形与以往的LOD地形概念不同,平时研究的LOD地形算法指的是根据摄像机离地表的远近和地形本身的高低起伏,来减少GPU处理地形顶点的个数,从提高效率。而本文所研究的动态地形是根据物体对其的作用产生几何形变和颜色上的变化。基于GPU的算法实现可以将CPU从复杂图形计算中解放出来,让GPU与CPU并行处理。而且使用GPU的最新技术可以方便高效的实现像素级别的算法。为了让动态地形更好的应用到实际中去,本文在研究当前主流引擎的基础上自主设计图形引擎提供了渲染管理、场景管理、I/O控制等功能。并且将动态地形算法完美的嵌入场景管理模块,可以方便更新以及替换。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 课题背景  9-10
  1.3 国内外研究现状  10-12
    1.3.1 地形算法  10-12
  1.4 户外场景实时渲染技术  12-15
    1.4.1 大规模地形实时渲染  12-15
  1.5 研究目的与意义  15
  1.6 主要工作与创新  15
  1.7 论文的章节安排  15-17
第二章地形模拟的理论研究  17-35
  2.1 室外场景中地形简介  17-18
  2.2 地形算法的特性  18
  2.3 LOD 算法简介  18-19
  2.4 主流地形LOD 算法分析  19-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章 Bamboo 引擎系统构架设计  35-53
  3.1 简介  35
  3.2 图形引擎构架  35-52
    3.2.1 什么是图形引擎  35-36
    3.2.2 国内外引擎的研究现状  36-40
    3.2.3 图形引擎的组成部分  40
    3.2.4 图形引擎整体设计  40
    3.2.5 渲染状态管理  40-42
    3.2.6 I/O 管理  42-44
    3.2.7 资源管理  44-48
    3.2.8 场景管理  48-49
    3.2.9 渲染队列的渲染状态管理优化  49-52
  3.3 本章小结  52-53
第四章基于GPU 动态地形算法设计  53-64
  4.1 GPU 编程介绍  53-57
    4.1.1 顶点、片段和图形流水线  53-55
    4.1.2 可编程流水线  55
      4.1.2.1 可编程顶点处理器  55
      4.1.2.2 可编程片段处理器  55
    4.1.3 顶点处理中的坐标变换  55-57
      4.1.3.1 流水线  55-56
      4.1.3.2 齐次坐标  56
      4.1.3.3 世界空间  56
      4.1.3.4 建模变换  56
      4.1.3.5 眼镜空间  56
      4.1.3.6 视变换  56
      4.1.3.7 剪裁空间  56-57
      4.1.3.8 投影变换  57
      4.1.3.9 标准化的设备坐标  57
      4.1.3.10 窗口坐标  57
  4.2 动态地形算法  57-63
    4.2.1 算法启发  57-58
    4.2.2 动态地形算法步骤  58
    4.2.3 地形变形部分GPU Multi-Pass 处理过程  58-61
    4.2.4 算法流程图  61-62
    4.2.5 伪代码  62
    4.2.6 裂缝处理  62
    4.2.7 地形平滑处理  62-63
    4.2.8 试验结果  63
  4.3 本章小结  63-64
第五章动态地形纹理与光照  64-70
  5.1 地形纹理  64-65
  5.2 光照  65-68
    5.2.1 光照模型  65
    5.2.2 基本光照模型  65-68
  5.3 地形的光照  68-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章基于引擎构架的动态地形  70-80
  6.1 引擎中室外场景管理  70-76
    6.1.1 八叉树算法  70-75
    6.1.2 场景管理模块中的八叉树  75-76
  6.2 场景管理器中的地形算法  76-79
    6.2.1 将地形算法嵌入引擎  76
    6.2.2 地形的分页调度以及内存管理  76-79
  6.3 本章小结  79-80
第七章总结与展望  80-82
  7.1 课题研究总结  80
  7.2 课题前景展望  80-82
    7.2.1 DirectX10 新技术  80-81
    7.2.2 CUDA 新特性  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-85
攻硕期间取得的研究成果  85-86

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