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基于GPU动态发翼生成及多项式纹理阴影绘制算法改进

李原  
【摘要】: 目前,计算机动画在娱乐、电影、仿真等领域都有着极其广泛的应用,其中毛发的模拟对真实感动画起着至关重要的作用。毛发巨大的计算量成为毛发模拟图形显示的瓶颈,这造成了实时绘制毛发及毛发的阴影、动态等效果十分困难,因此,如何快速且真实的模拟毛发成为制作具有真实感的计算机动画的关键。近年来,可编程图形硬件(GPU)的图形处理能力的迅速增强使得基于GPU的毛发加速模拟成为了毛发模拟研究的热点问题。本文着重从以下4个方面进行深入研究和探讨。 首先,对毛发模拟的难点进行分析,在研究了Lengyel基于层状纹理切片的毛发绘制算法及算法涉及的纹理、光照模型等关键技术的基础上,深入研究毛发阴影模拟算法及动态毛发模拟算法的实时性。 其次,对GPU功能进行分析,利用GPU比CPU强大的图形加速处理功能,将动态毛发网格面的顶点的平移计算移入GPU的顶点绘制器中进行,减少毛发网格面的绘制时间;将Fin的“GPU反向剔除”算法用于动态毛发的Fin模拟算法中,利用GPU中的顶点绘制器对毛发Fin切片的顶点进行处理,提高动态毛发模拟的效率。 再次,对毛发阴影绘制技术进行分析,针对以往模拟毛发阴影效果算法的实时性不佳的问题,将多项式纹理融入到基于纹理切片的毛发绘制方法中,根据光线方向和所计算多项式纹理系数对毛发表面颜色进行快速更新,减少系统开销,增强了绘制毛发阴影绘制的实时性。 最后,实现毛发模拟算法,对提出的毛发模拟改进算法进行验证分析。


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