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《中国科学院研究生院(计算技术研究所)》 2006年
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大规模虚拟人实时绘制技术研究及其实现

徐文彬  
【摘要】:大规模虚拟场景的实时绘制是计算机图形学领域的研究热点之一。目前已经能够实现大规模复杂静态模型(如地形)的实时绘制,而大规模虚拟人群体(万人级以上)的实时显示仍然面临许多挑战。大规模虚拟人群体的实时显示技术,能够模拟大型体育场馆或地铁站的人群流动,对这些场所的疏散预案进行三维可视化预演;能够用来生成成千上万的虚拟观众或者军队,从而降低影视制作的成本、提高游戏场景的视觉逼真性。因此,在安全预演、影视制作、游戏娱乐等虚拟现实相关领域具有广泛的应用前景。 已有的大规模虚拟人群体实时显示技术或多或少存在一些局限,包括:生成的图像质量低、视觉效果差;或虚拟人不能独立自由控制;或群体规模受到限制等。本论文以大规模虚拟人群体的实时逼真绘制为目标,以虚拟人模型的几何特征为基础,以降低单个虚拟人的绘制代价为出发点,提出了一种层次细节(Level of Detail,简称LOD)算法,减少了简化模型运动中存在的走样,提高了群体的视觉逼真性;改进并提出了一种点采样算法,生成高度简化的虚拟人模型,配合高效的驱动机制,从一定程度上克服了虚拟人个体独立自由控制和群体规模之间的矛盾,实现了万人级虚拟人群体的实时动态绘制。具体研究成果如下: (1)针对虚拟人模型,提出了基于环约束的虚拟人网格简化算法,减少了通用算法中简化模型运动时存在的走样现象,提高了大规模场景里动态虚拟人群的视觉逼真度。 目前,通用LOD算法针对静态模型已经取得了很好的简化结果。但是,这类算法使用的简化评价函数(或简化标准)一般只考虑了模型的静止姿态而没有考虑模型的运动特性。因此,对于具有运动特性的虚拟人模型,如果直接使用已有的这些LOD算法,其结果会出现较大的走样。本文基于Qslim简化算法,提出了基于环约束的虚拟人网格简化算法,通过在虚拟人体的关节及其它关键部位添加环形约束,确保LOD算法处理这些局部位置时,能够较好地保留细节,从而减少了通用算法中简化虚拟人模型时存在的走样现象,提高了大规模场景里动态虚拟人群的视觉逼真度。 (2)基于点采样的高度简化和高效绘制技术,改进了虚拟人模型的采样算法和相应多分辨率模型的显示驱动方法,实现了万人级虚拟人群体的实时动态绘制。 传统的群体控制与显示算法一般应用“层次实例化”技术,生成大规模虚拟人场景。但这种方法必须对人群进行人为分组,组内只能统一控制而不能实现个体的灵活自由控制;另外,在采样过程中,以及驱动显示多分辨率虚拟人模型时,这些方法过多地考虑了运动帧之间的平滑过渡,驱动显示效率受到了很大限制。 本文为了实现每个虚拟人个体可独立自由控制,并提高场景显示规模,一方面,放
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(计算技术研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TP391.41

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