网格与着色器多细节层次的自动生成方法研究

摘要

在最新的许多计算机图形相关应用中，多细节层次(Level of Detail，LOD)技术被广泛用于渲染效率的优化。各种多细节层次，比如几何层面的多细节层次(Geometric LOD)、着色器层面的多细节层次(Shader LOD)等均有不同程度的应用，许多自动生成这些多细节层次的方法也相继被研究出来。但是，目前这些方法都没有同时考虑几何体与着色器的简化。通过观察发现，几何体与着色器简化都会对渲染结果的真实感产生影响，所以这两种简化完全可以综合进行。在本文中，提出了一种新的物体多分辨率的离散化表示方法——网格与着色器多细节层次，每个细节层次不再单独用某个简化网格或者简化着色器表示，而是用综合两者的版本，即一对简化网格和着色器的组合来表示。为了生成以上这种新的物体的多细节层次，提出了一种能够自适应地在合适的距离上分布细节层次，同时在每个细节层次上都生成最优简化网格与着色器组合的方法，该方法主要包括三个步骤，即在多个距离下求较优简化网格与着色器组合，寻找过渡最平滑的多细节层次路径，以及优化细节层次的分布。基于图像偏差(Image Error Metric)来衡量网格的边或者着色器代码的权重，并以此来分别主导网格及着色器的简化，整体多细节层次的优化也是基于图像偏差来进行。
　　为了同时考虑到网格与着色器的简化，首先提出一种基于交叉规则的网格与着色器简化方法，这一方法将基于图像偏差的网格简化方法直接集成到着色器简化的框架中。尽管这样可以求出比较理想的结果，但该简化方法需要消耗大量的时间，没有实用性。于是又提出一种优化后的基于线性搜索的网格与着色器简化方法，该方法先单独使用网格与着色器的简化方法以生成一系列备选简化网格与备选简化着色器，然后利用渲染质量的下降与网格、着色器简化程度的上升之间存在的单调性，将原来寻找最优简化网格与着色器组合需要进行的二维空间搜索简化成了一维线性搜索，大大加速了这一过程。
　　在多细节层次的整体优化上，所提出的基于最短路径算法求解最平滑的多细节层次的方法，可以明显减少相邻细节层次在切换时带来的视觉上的差异，而使用的细节层次分布的优化算法则可以删除不必要的细节层次，以在渲染效率基本不变的同时减少大量内存占用。
　　结果表明，使用本文提出的方法所生成的网格与着色器多细节层次，相比以往方法所生成的多细节层次，比如几何体多细节层次或者着色器多细节层次，在渲染效率与质量的权衡上表现得更好。此外，我们的多细节层次生成算法也表现出了较好的跨平台性。

目录

声明

摘要

图目录

表目录

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．2 着色器多细节层次

1．3 本文研究内容

1．4 本文的组织结构

1．5 本章小结

第2章 相关工作

2．1 网格简化与其多细节层次

2．1．1 基于二次偏差度量的表面简化方法

2．1．2 表面保持简化方法

2．1．3 图像驱动网格简化

2．2 着色器简化与其多细节层次

2．2．1 基于表面信号拟合的自动着色器简化

2．3 本章小结

第3章 网格与着色器多细节层次概述

3．1 网格与着色器多细节层次问题定义与解决思路

3．2 网格与着色器多细节层次生成算法概要

3．3 偏差计算模型

3．4 本章小结

第4章 网格简化与着色器简化

4．1 基于图像偏差度量标准的网格简化方法

4．2 着色器简化方法

4．3 本章小结

第5章 网格与着色器综合简化

5．1 基于交叉规则的网格与着色器简化

5．2 基于线性搜索的网格与着色器简化

5．2．1 备选简化网格与着色器的生成

5．2．2 较优简化组合的搜索

5．3 本章小结

第6章 自适应网格与着色器多细节层次生成

6．1 预生成细节层次的距离分布

6．2 搜索较优简化组合

6．3 图解最平滑的多细节层次

6．4 优化细节层次分布

6．5 本章小结

第7章 网格与着色器多细节层次的结果与对比

7．1 我们生成的多细节层次结果

7．2 我们的结果与之前方法结果的对比

7．3 线性搜索策略与二维搜索策略的对比

7．4 基于线性搜索与基于交叉规则的简化方法的对比

7．5 使用与不使用层次分布优化的对比

7．6 我们的方法在不同平台上的结果

7．7 本章小结

8．1 工作总结

8．2 工作展望

参考文献

致谢