基于3D图形引擎的雾化渲染方法及实现

摘要

雾化渲染技术是3D实时图形渲染技术重要分支之一,也是高级3D场景渲染特效的支撑技术。然而,当前很多3D图形引擎和3D游戏引擎中的场景雾化渲染主要采用比较传统的雾化渲染方法,这些方法模拟雾化现象的能力有限,模拟很多绚丽而特别自然雾化现象十分困难。
　　 真实而高效的雾化渲染效果能够大大增强虚拟现实、3D视频游戏、飞行仿真等实时图形系统场景的真实感、沉浸感和纵深感。由于场景中相机视点远端的物体由于雾化影响而模糊,所以雾化效果也能辅助场景采用剪裁算法对场景渲染进行加速。因此研究雾化渲染技术有着重要的意义。
　　 本文的主要研究内容为:
　　 讨论各种的雾化渲染方法,主要包括基于Z轴深度雾化、距离雾化、体积雾化和动态雾化。对各种雾化渲染方法进行了比较,逐一分析了它们的优缺点,并定位它们的适用场合。
　　 重点研究了层次雾化渲染方法,采用差值点算法实现对场景中层次雾化范围内任意场景点的最终雾化颜色计算,并将雾化渲染区域从仅以地面开始到天空延伸扩展到从任意高度向任意高度延伸。
　　 运用软件工程方法学和3D图形引擎模块设计方法成功完成了基于Romans图形引擎支持下的雾化渲染模块的设计和实现,在模块中成功整合了距离雾化效果和层次雾化效果,并实现了对基于Roman图形引擎虚拟场景中的雾化效果的实时控制,包括雾化方式实时调节和雾化浓度的实时控制。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 本文研究的目的和意义

1.3 国内外研究动态

1.3.1 引擎技术

1.3.2 加速算法技术

1.3.3 真实感雾化渲染技术

1.4 本文的主要工作和创新点

1.5 本文的章节安排

第二章 雾化渲染相关技术及背景知识

2.1 可编程硬件的发展过程

2.2 图形的绘制管线

2.2.1 固定功能管线

2.2.2 实时功能管线

2.3 标准三维图形编程接口

2.4 雾的定义和产生原理

2.5 雾的属性

2.6 雾的作用与效果

2.7 雾化的分类

第三章 几种常用的雾化类型渲染方法

3.1 基于Z轴深度雾化的渲染方法

3.1.1 基于Z轴深度雾化概论

3.1.2 基于Z轴深度雾化算法逻辑

3.1.3 基于Z轴深度雾化算法介绍

3.2 距离雾化渲染方法

3.2.1 距离雾化概论

3.2.2 距离雾化算法逻辑

3.2.3 距离雾化算法介绍

3.3 体积雾化渲染方法

3.3.1 体积雾化概论

3.3.2 体积雾化算法逻辑

3.3.3 体积雾化算法介绍

3.4 动态雾化渲染方法

3.4.1 动态雾化概论

3.4.2 动态雾化算法逻辑

3.4.3 动态雾化算法介绍

3.5 本章总结

第四章 层次雾化渲染方法

4.1 层次雾化概论

4.2 层次雾化算法逻辑及对其它算法的改进

4.2.1 层次雾化算法逻辑

4.2.2 层次雾化算法对其他算法的改进

4.3 层次雾化算法建模与渲染

4.3.1 差值点算法建模

4.3.2 差值点算法渲染

4.4 本章总结

第五章 ROMANS图形引擎的整体框架

5.1 底层支撑引擎简介

5.2 ROMANS图形引擎整体系统框架图

5.2.1 引擎系统框架图

5.2.2 编辑器系统框架图

5.2.3 Romans 3D图形引擎编辑器使用图

5.3 雾化模块在ROMANS图形引擎中的位置

第六章 雾化渲染模块在游戏引擎中的设计和实现

6.1 系统软硬件平台

6.1.1 硬件平台

6.1.2 软件平台

6.2 雾化模块的概要设计

6.2.1 设计目标

6.2.2 模块框架设计

6.2.3 雾化渲染类图设计

6.2.4 雾化渲染流程设计

6.2.5 雾化渲染模块的界面设计

6.3 雾化模块的实现

6.3.1 雾化渲染模块API接口

6.3.2 雾化渲染模块API接口使用示例图

6.3.3 实验结果分析

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

个人简历及学习期间的研究成果