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《浙江大学》 2006年
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基于GPU的大规模点模型实时渲染技术

冯中心  
【摘要】:基于点的图形学是计算机图形学的一个新兴研究领域。由于基于点的绘制具 有独特的优越性和实际应用价值,因此,点模型的绘制技术已经成为近年来的一 个研究热点。本文主要探讨了基于GPU的大规模点模型的实时渲染问题,包括 其真实感渲染(如真实感光照实时渲染、纹理映射)、非真实感渲染(如风格化 轮廓线绘制、带轮廓线的点画风格绘制、浮雕风格绘制、卡通渲染等)和其他若 干特效渲染(如景深、运动模糊、柔化边缘的阴影渲染)。 首先,本文概述了基于点的绘制技术和可编程图形硬件技术,并详细介绍了 点模型的真实感渲染技术(包括真实感光照渲染和纹理映射)。由于已有的Phong Splatting技术和光线跟踪技术具有效率局限性,因此,本文采用了基于QSplat 算法和GPU光照计算实现大规模点模型的真实感光照、材质实时渲染,从而平 衡了质量和效率问题。在点模型的纹理映射方面,分析了两种常用的方法:基于 点云的网格重建及纹理映射和点模型曲面的参数化及纹理映射。这两种方法都需 要一个参数化的过程,其工作量较大,效率也不高。本文提出了一种基于GPU 的可编程纹理映射实现大规模点模型的纹理映射方法,从而达到了实时渲染的要 求,同时给出了几种纹理映射实例,如木质纹理映射、方格子纹理映射、花斑纹 理映射、镂空纹理映射等。 然后,本文重点论述了点模型的非真实感渲染技术。先简述了非真实感图形 渲染技术及点模型的非真实感渲染的研究现状,着重分析了目前已有的几种点模 型轮廓线绘制及风格化轮廓线绘制方法的缺点(如Xu方法的基于对象空间的两 遍绘制,Zakaria方法的基于图像空间的象素连接、修剪及其局部特征轮廓线丢 失问题等)。由于这些方法无法实现实时绘制,因而本文提出了基于GPU实现大 规模点模型的风格化轮廓线实时绘制方法。该方法在对象空间中提取得到的轮廓 线基础上,通过图像空间中的一遍卷积滤波后处理,就能实现多种风格化绘制(如 松散风格化的轮廓线绘制、浮雕风格绘制等),并利用QSplat等点绘制方法的 LOD数据结构优势,用细分程度较低的一遍点绘制得到带轮廓线的点画风格绘 制效果。 最后,本文探讨了点模型的若干特效渲染(如景深渲染、运动模糊渲染和阴 影绘制)问题。鉴于目前已有方法的效率问题,本文采用了基于GPU的深度模 糊因子计算和卷积滤波后处理的DOF方法实现大规模点模型的DOF效果模拟, 并用类似多遍绘制的前后帧混合方法实现了大规模点模型的运动模糊实时模拟。 此外,还介绍了本文采用的PCF技术实现大规模点模型的边缘柔化的阴影映射 方法。同时给出了算法的实现和实验结果,并分析其性能优越性。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TP391.41

【引证文献】
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