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基于浮雕贴图的表面细节绘制技术的研究与实现

周琴  
【摘要】: 随着数字媒体技术的推进,计算机三维图形学技术得到了快速地发展,并且成为现代最为活跃的领域之一。计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。三维图形学被广泛应用于网络游戏、军事训练、虚拟现实等方面。 2003年,三维游戏引擎系统的核心研究被列入国家863发展计划。三维图形引擎在一款游戏中占据着举足轻重的地位。三维图形引擎中的纹理映射技术能增强场景绘制的真实感并能提高场景的渲染速度,特别是高级纹理映射技术如凹凸纹理映射技术,对提高场景的逼真度有着不可替代的作用。 凹凸纹理映射技术是近年来三维图形学中研究的一个热点,它主要用来绘制物体表面的细节,使物体表面看起来具有粗糙感,增加绘制场景的真实程度。物体表面几何细节的存在极大地改变了光与物体表面相互作用的方式。尽管现实图片的合成需要尽可能真实地模拟这些相互作用,明确地建模所有的细节往往是不可能的。为了解决这些问题,一种基于图像的技术—浮雕贴图被引入。它描述了一种在任意多边形模型上实现实时渲染的浮雕贴图技术。模型的表面细节以深度图形式表示,这种技术只需很低的内存,并且不涉及任何模型原始几何形状的改变。该算法在图像空间中执行,并且能在当前GPU中有效地执行。它允许近距离观察模型的表面。贴图的细节能表现正确的自遮挡,自阴影和相互渗透。 本文首先介绍了课题的研究背景,意义以及目的,并且简单介绍了3D图形引擎。其次,对纹理映射技术进行了简单讲解。主要介绍了凹凸贴图的关键技术,包括法线贴图、视差贴图。然后,对浮雕贴图算法进行了详细的讲解,并针对一些问题提出了改进算法。首先比较了几种对查找视线-高度域交叉点方法的优缺点,然后提出一种查找视线与高度域交叉点的精确算法。然后,通过使用半影近似技术来计算自阴影,这种技术产生的阴影是软阴影。它比通过估算偏移表面的光的可见度计算出来的硬阴影有更好的效果。最后,本文展示了系统实现的一些效果图。


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