[發明專利]用于場景繪制的圖形處理方法

有效

• 申請號: 201210340220.X
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN102903146A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 張曉鵬;鮑冠伯;李紅軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T15/60
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及圖形、圖像處理領域，特別涉及基于圖形處理器的大規模場景的繪制。

背景技術

大規模復雜三維場景的實時繪制是計算機圖形學領域和虛擬現實領域的一個具有挑戰性的問題。其中的困難除了的場景中三維幾何模型的幾何復雜度過高外，還有由于場景中包含了大量模型所帶來的小批次調用問題(The?small?batch?problem)。

Liu等人提出了基于圖形處理器的動態四分數據流方法(DQS)(參考：F.Liu，W.Hua，and?H.J.Bao，Gpu-based?dynamic?quad?stream?for?forest?rendering，Science?China-Information?Sciences，vol.53，pp.1539-1545，Aug2010)。DQS采用分級的層次深度圖像表示植物模型。在預處理階段，預先從多個角度生成一組的廣告牌圖像來近似表示植物模型。在場景繪制階段，把這些圖像數據做成數據流傳送給GPU(GPU數據流方法)，以圖像邊緣投影到屏幕視口上的長度作為度量依據，利用可編程GPU的幾何著色器(Geometry?shader)漸進地產生新片元(Primitive)來細分模型的圖像，實現視點相關的森林場景漫游。該方法是把圖像表示法與GPU數據流方法相結合，能夠以很快的速度繪制大規模的場景。然而使用圖像方式表示的模型幾何信息少，無法計算每個葉片每個頂點的光照，真實度不高。

Deng等人在提出了多分辨率葉子簡化森林繪制算法(MRF)(參考：Q.Deng，X.Zhang，G.Yang，and?M.Jaeger，Multiresolution?foliage?for?forest?rendering，Computer?Animation?and?Virtual?Worlds，vol.21，pp.1-23，2010)。MRF采用純三維網格模型的方式在GPU中對樹木葉片進行簡化。在場景繪制時，模型的葉片根據距離視點的遠近實時地進行合并與還原。模型的層次細節(Level?ofdetails，LOD)是連續平滑過渡的，沒有不同級別LOD模型間切換時的跳躍現象。使用該方法簡化后的植物模型適合于進行復雜的光照陰影計算。但是沒有考慮到處理葉片紋理，在繪制大規模場景時，需要讀入整個模型數據進行繪制，不適合于網絡環境中的應用。

Gumbau等人提出了基于視線相關的剪枝繪制方法(VDP)(參考：J.Gumbau，M.Chover，I.Remolar，and?C.Rebollo，View-dependent?pruning?for?real-time?rendering?of?trees，Computers&Graphics，vol.35，pp.364-374，Apr2011)。VDP繪制前，先將植物模型的樹冠部分成小組，在植物模型周圍預先設置的一些觀察點，每個組的可見性在各個觀察點的可見性，在實時繪制階段，計算當前視點下每個小組的可見度，根據可見度，裁剪掉被認為是遮擋住的小組。以剪枝的方式來減少繪制時模型的幾何復雜度，同時保持植物模型的整體外觀。但是該方種方法不能有效地處理實時陰影效果，因為在生成陰影貼圖階段，該方法需要在光源視錐內再進行一次計算，帶來額外的負擔。

Bao等人提出了一種森林場景的真實感繪制方法(RRS)(參考：G.Bao，H.Li，X.Zhang，W.Dong.Large-scale?forest?rendering：real-time，realistic，and?progressive，Computers&Graphics，pp.140-151，2012)，該方法采用幾何壓縮和LOD陰影圖計算方式能實時繪制場景的動態陰影，并使用實例化方法來避免小批次調用問題，從而繪制大規模場景。但是，該方法不能處理半透明模型，并且由于相鄰的模型LOD之間是離散的，在漫游時會有明顯的跳躍感。