[發明專利]一種時空相關的層次遮擋剔除方法

無效

• 申請號: 201310631959.0
• 申請日: 2013-12-01
• 公開（公告）號: CN103700137A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 周忠;秦曉倩;吳威;陳珂;趙沁平
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T15/10
• 分類號: G06T15/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;孟卜娟

技術領域

本發明涉及三維場景的圖形繪制領域，更具體地講，涉及一種對三維場景進行遮擋剔除的方法。

背景技術

遮擋剔除能夠有效地剔除對最終圖像沒有貢獻的物體，避免繪制場景中被遮擋住的物體。典型的遮擋剔除方法主要分為兩類：物體空間的遮擋剔除方法和圖像空間的遮擋剔除方法。圖像空間的遮擋剔除方法能夠利用圖形硬件的遮擋查詢功能來判斷物體的可見性，因此，該類遮擋剔除方法的執行效率比物體空間的遮擋剔除方法高。大部分快速的遮擋剔除方法都利用了圖形硬件的遮擋查詢功能，并結合一定的查詢策略對場景層次結構樹進行遍歷，判斷各個結點的可見性，剔除被遮擋的結點。

在本發明前，北卡羅來納大學教堂山分校的Govindaraju等人使用三個GPU交替進行遮擋查詢[Govindaraju?N?K,Sud?A,Yoon?S?E,et?al.Interactive?visibility?culling?in?complex?environments?using?occlusion-switches[C].Proceedings?of?the?2003?ACM?symposium?on?Interactive3D?graphics(I3D03),2003:103-112]，其中，兩個GPU交替進行包圍體的繪制和三維物體的遮擋查詢，第三個GPU根據遮擋查詢的結果，對三維場景中的可見物體進行繪制。德國波恩大學的Guthe等人提出了三維場景中物體遮擋的統計模型[Guthe?M,BalázsKlein?R.Near?Optimal?Hierarchical?Culling:Performance?Driven?Use?of?Hardware?Occlusion?Queries[J].Rendering?Techniques.Springer,2006:207-214]，該模型可以估計出三維場景中各物體被遮擋的概率，他們通過遮擋統計模型估計出三維場景樹中各個結點被遮擋的概率，有選擇性地對部分結點優先進行遮擋查詢。

上述的遮擋剔除方法都沒有考慮結點所處的層次對遮擋查詢結果產生的影響，沒有充分利用結點的層次信息。因此，它們的遮擋剔除速度和精度均在一定程度上受到了影響。本發明提出了一種時空相關的層次遮擋剔除方法，該方法利用了結點可見信息的時空相關性，并根據結點的層次信息，對位于同一層次的結點，只發送一次多結點的遮擋查詢，從而提高了遮擋剔除的效率。

發明內容

本發明的目的是：克服現有遮擋剔除方法沒有充分利用結點的層次信息，提供了一種時空相關的層次遮擋剔除方法，該方法可以有效地對三維場景進行遮擋剔除，提高了三維場景遮擋剔除的速度和精度。

為了實現上述目的，本發明的原理是：利用結點可見信息的時空相關性，并根據結點的層次信息，優先對某些結點進行遮擋查詢，從而提高了遮擋剔除的效率。結點可見信息的時間相關性是指視點連續變化時，上一幀大部分的可見物體通常在當前幀還是可見的，上一幀大部分的不可見物體在當前幀還是不可見的。對于上一幀可見的葉子結點，本發明將其作為當前幀的遮擋物，并提前對其包圍盒進行繪制；對于上一幀不可見的終止結點，本發明對處于同一層次的多個結點，只發射一次多結點的遮擋查詢，減少了遮擋查詢的次數。結點可見信息的空間相關性是指可見信息和不可見信息在父子結點間的傳遞，如果某個結點不可見，則其子孫結點均為不可見；如果某個結點可見，則其祖先結點均為可見。本發明僅對三維場景層次結構樹中可見的葉子結點和不可見的終止結點進行遮擋查詢，減少了遮擋查詢的次數。同時，為了減少CPU停止等待查詢結果返回的時間，在遮擋查詢結果沒有返回時，CPU繼續向GPU發送其余結點的遮擋查詢請求。

本發明所采取的技術方案是：首先，按照自頂向下層次遍歷的方式對場景結構樹中的結點進行訪問，根據上一幀的結點可見信息，計算出當前幀需要進行遮擋查詢的結點集合，包括上一幀不可見的終止結點和上一幀可見的葉子結點，并把上一幀可見的葉子結點作為遮擋物，提前對其包圍盒進行繪制；然后，對上一幀不可見的終止結點進行遮擋查詢，并根據查詢結果更新相關結點的可見信息；最后，對上一幀可見的葉子結點進行遮擋查詢，并根據查詢結果更新相關結點的可見信息。

本發明與現有技術相比的優點在于：充分利用了結點可見信息的時空相關性，并結合結點的層次信息，對三維場景進行遮擋查詢，有效地提高了遮擋剔除的效率。

附圖說明

圖1為三維場景的場景結構樹；

圖2A是可見信息在父子結點間的傳遞關系；

圖2B是不可見信息在父子結點間的傳遞關系；