一种基于实心体素化的实时渲染方法研究

摘要

实时渲染是三维场景仿真的核心技术,也是游戏产业的重要技术支撑。三角网格是目前大多数三维场景中所使用的模型表示方法,因而传统的实时渲染一般是采用三角网格的光栅化方法。但是三角网格光栅化由于采样固定会带来渲染结果走样的问题,因而近几年基于网格模型体素化的渲染方法被提出并广泛研究;国外各大引擎公司陆续推出相关产品,而国内在该技术领域的研究较少,因而本论文的工作围绕基于实心体素化的渲染方法而展开,在探索整个渲染流程的基础上,针对体素化过程中存在被干涉模型的场景从而造成体素填充错误的现象,以及近似孔径追踪的实时渲染方法中存在的采样密度和透明度重建问题,进行了深入的分析研究。
　　本文的工作主要包含以下几个方面:
　　1)提出一种新的配对方法可以正确处理被干涉模型从而可以生成均匀体素体。该配对过程利用了封闭物体边界在一条线上正反成对出现的特点,并使用GPU并行方法实现,通过比较实验和性能实验反映了算法的有效与实时性。
　　2)使用近似孔径追踪的方法实现了基于均匀体素体的实时渲染方法,研究了采样密度对渲染质量的影响,在此基础上提出了基于光学深度的透明度重建方法,通过对比实验表明该方法与高采样的优缺点对比以及适合的应用场合。
　　3)针对本文的研究工作,实现了一个基于GPU并行处理的渲染框架,该框架针对现代GPU以及图形API的特点,提供了便捷的工具以及灵活的框架,从而支持了本文的各类算法实验与一个场景仿真类项目的开发,并取得了较好的渲染效率与渲染效果。

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第一章 绪论

1.1. 研究背景

1.2. 问题的提出

1.3. 研究的问题与目标

1.4. 研究现状

1.5. 论文内容以及组织结构

第二章 相关理论

2.1. 实时渲染基础

2.2. 体渲染基础理论

2.3. GPU计算模型要点

第三章 面向场景模型干涉的实心体素化方法

3.1. 可以处理模型干涉的实心体素化算法

3.2. 实验结果与分析

第四章 体素体近似孔径追踪

4.1. 预积分的近似孔径追踪

4.2. 不同的变种对结果的影响

4.3. 实验结果与分析

4.4. 算法总结

第五章 适合渲染算法开发的实时渲染器

5.1. 渲染器架构

5.2. 应用举例

第六章 总结与展望

6.1. 总结

6.2. 展望

参考文献

硕士研究生期间的成果