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《电子科技大学》 2010年
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可变形模型建模与渲染关键技术的研究与实现

马娜娜  
【摘要】: 近年来,随着计算机硬件和软件的发展,计算机图形学在视频游戏,电影动画,虚拟现实等行业中起着越来越重要的作用,而在这些应用中,经常会需要对模型进行变形模拟。目前常用的变形模拟方法可以分为非物理方法和基于物理的方法两大类。另外,随着三维扫描仪的性能提高,目前通过扫描可以很方便地获得非常精细的点云数据表示的模型,由于点模型不需要保存任何的拓扑信息,不用担心变形引起的拓扑变化的计算代价的问题,但是点模型的数据量通常要比三角网格模型要多得多,如何高效地对点模型数据进行压缩是点模型研究课题中的一个热点方向,另外,由于点模型是由完全离散的点表示的模型,如何产生连续没有空洞的表面也是点模型渲染中需要解决的重要问题。 本文首先对基于形状匹配的变形模拟算法进行重点研究。形状匹配在2005年由Muller等提出的,由于其建模简单,计算速度快,易于扩展,鲁棒性强等特点,引起了极大的关注。本文对形状匹配的基础算法,以及由其扩展出来的FastLSM算法和FASMD算法进行了详细的分析和介绍,并在其基础上提出了一种改进的基于KD树的形状匹配算法。在本文的形状匹配变形算法中,使用KD树的结构来对模型中的数据进行组织,使用KD树的层次结构快速得到节点的K最近邻域来作为形状匹配区域,并对KD树中的节点可以执行快速分层求和,然后依据形状匹配的思想对模型进行变形模拟。本文的变形算法具有建模简单、易于实现、无条件稳定等优点。 然后,本文对于点模型的渲染技术进行了介绍,文中使用了一种基于KD树的点模型渲染技术,选择与变形算法使用的数据结构相同,这样可以方便地对变形后的数据直接进行渲染。在文中,使用均衡KD树的结构对模型数据进行组织,对每个节点以尽量压缩的方法来表示它的位置、法向量、法向锥、颜色等属性,在渲染时,可根据KD树自身的层次结构来方便地选择细节层次,并对每个节点进行视锥体裁剪、背向面剔除、遮挡处理等来提高渲染的速度。 最后,将本文中介绍的基于KD树的形状匹配算法以及点模型的渲染,用于虚拟战场中的爆炸冲击波对周围物体的毁坏模拟,并且使用FastLSM算法对布料进行模拟,可以用于虚拟战场中的旗帜模拟。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41

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