建筑物场景时变效应模拟技术的研究和实现

摘要

自然场景的时变过程模拟一直都是计算机图形学领域的重点内容之一，而建筑物场景的时变效应模拟则是其中一个重要的组成部分。建筑物场景时变效应模拟技术涉及计算机图形学、虚拟现实、材料科学、力学和建筑学等领域的诸多理论和方法，该技术的研究不仅对计算机图形学相关学科有着重要意义，还对材料科学等相关领域提供了一定的借鉴价值。
　　 本文在总结和分析国内外时变效应研究成果的基础上，研究并实现了建筑物场景全局和局部时变效应模拟技术。在不影响模型渲染效果的基础上，改进了材料时变纹理的选取和匹配方法，使得建筑物时变效应的模拟过程能够满足实时性的要求。本文主要研究内容与成果概括如下：
　　 1．针对建筑物模型构造和渲染的特点，结合Pfister设计了表面元素(SurfaceElements，简称Surfels)渲染方法，采用了八叉树的存储结构实现模型采样点的保存，对模型进行了构造和渲染。
　　 2．在上述模型构造和渲染的基础上，使用射线追踪方法实现了在建筑物场景中模型时变效应的模拟。设计了一种时变纹理选取方法，使得模型的时变纹理选取过程不需要人工干涉，从而实现了建筑物场景中对变纹理的自动选取。
　　 3．本文对建筑物场景中时变效应的局部细节进行了研究。通过样本分析方法构造建筑物材料时变纹理，将时变纹理使用纹理贴图方法在模型表面进行渲染。设计了一种简化帧渲染的方法，实现了建筑物场景的时变效应渲染。
　　 上述建筑物场景时变效应的模拟算法均在原型系统上进行了实现，原型系统的算例结果验证了本文研究成果的正确性。