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基于浮雕贴图的表面细节绘制技术的研究与实现

作　者: 周琴
导　师: 卢光辉
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 基于图像的渲染 浮雕贴图映射 实时渲染 表面细节 自阴影
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 63次
引　用: 2次
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内容摘要


随着数字媒体技术的推进,计算机三维图形学技术得到了快速地发展,并且成为现代最为活跃的领域之一。计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。三维图形学被广泛应用于网络游戏、军事训练、虚拟现实等方面。2003年,三维游戏引擎系统的核心研究被列入国家863发展计划。三维图形引擎在一款游戏中占据着举足轻重的地位。三维图形引擎中的纹理映射技术能增强场景绘制的真实感并能提高场景的渲染速度,特别是高级纹理映射技术如凹凸纹理映射技术,对提高场景的逼真度有着不可替代的作用。凹凸纹理映射技术是近年来三维图形学中研究的一个热点,它主要用来绘制物体表面的细节,使物体表面看起来具有粗糙感,增加绘制场景的真实程度。物体表面几何细节的存在极大地改变了光与物体表面相互作用的方式。尽管现实图片的合成需要尽可能真实地模拟这些相互作用,明确地建模所有的细节往往是不可能的。为了解决这些问题,一种基于图像的技术—浮雕贴图被引入。它描述了一种在任意多边形模型上实现实时渲染的浮雕贴图技术。模型的表面细节以深度图形式表示,这种技术只需很低的内存,并且不涉及任何模型原始几何形状的改变。该算法在图像空间中执行,并且能在当前GPU中有效地执行。它允许近距离观察模型的表面。贴图的细节能表现正确的自遮挡,自阴影和相互渗透。本文首先介绍了课题的研究背景,意义以及目的,并且简单介绍了3D图形引擎。其次,对纹理映射技术进行了简单讲解。主要介绍了凹凸贴图的关键技术,包括法线贴图、视差贴图。然后,对浮雕贴图算法进行了详细的讲解,并针对一些问题提出了改进算法。首先比较了几种对查找视线-高度域交叉点方法的优缺点,然后提出一种查找视线与高度域交叉点的精确算法。然后,通过使用半影近似技术来计算自阴影,这种技术产生的阴影是软阴影。它比通过估算偏移表面的光的可见度计算出来的硬阴影有更好的效果。最后,本文展示了系统实现的一些效果图。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-20
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 三维图形引擎概述  10-14
    1.2.1 三维游戏引擎架构  11-12
    1.2.2 三维图形引擎的应用  12-13
    1.2.3 三维图形引擎中的纹理映射技术  13-14
  1.3 课题研究的目的和意义  14
  1.4 课题的研究现状  14-17
    1.4.1 国外研究现状  14-17
    1.4.2 国内研究现状  17
  1.5 课题的研究内容及完成的工作  17-18
  1.6 章节安排  18-20
第二章 纹理映射技术概述  20-37
  2.1 纹理及其纹理定义  20-21
  2.2 纹理分类  21-22
  2.3 纹理映射概念  22-24
  2.4 纹理贴图管线  24-27
  2.5 凹凸贴图技术  27-36
    2.5.1 凹凸贴图概述  27-29
    2.5.2 Blinn 的表现凹凸效果的方法  29-30
    2.5.3 法线贴图技术  30-32
    2.5.4 视差贴图  32-36
  2.6 本章小结  36-37
第三章 浮雕贴图算法详解  37-50
  3.1 浮雕贴图概述  37-38
  3.2 浮雕贴图细节信息存储方式  38-39
  3.3 浮雕贴图算法详解  39-40
  3.4 浮雕贴图关键技术  40-49
    3.4.1 Ray-height-filed 交叉点  40-46
    3.4.2 表面自阴影  46-49
  3.5 本章小节  49-50
第四章 系统设计与实现  50-65
  4.1 系统介绍  50
  4.2 系统研究的主要内容  50-51
  4.3 系统功能模块介绍  51-54
  4.4 系统设计总体流程图  54
  4.5 材质编辑器  54-64
    4.5.1 材质编辑器的使用  54-55
    4.5.2 材质编辑器功能模块介绍  55-56
    4.5.3 材质编辑器功能模块描述  56-61
    4.5.4 材质编辑器子系统设计架构图  61-63
    4.5.5 材质编辑器总体流程图  63-64
    4.5.6 浮雕贴图技术在材质编辑器中的应用  64
  4.6 本章小节  64-65
第五章 实验结果  65-71
  5.1 运行环境  65
  5.2 绘制结果  65-70
    5.2.1 浮雕贴图绘制效果  65-67
    5.2.2 材质编辑器中浮雕贴图效果  67-70
  5.3 性能分析  70
  5.4 本章小结  70-71
第六章 总结与展望  71-73
  6.1 论文所做工作的总结  71
  6.2 将来研究工作的展望  71-73
参考文献  73-75
致谢  75-76
个人简介  76-77

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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