GPU驱动实时三维网格轮廓矢量化及其风格化渲染

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三维网格模型的轮廓渲染(描边)有着广泛的应用。基于CPU的描边算法,虽然能实现较高级的风格化处理,实现,但只能离线渲染,无法达到实时。而基于GPU的实时加速算法又往往受限于GPU的并行特性,不得不牺牲部分高级风格化效果。其原因在于这些实时算法都无法将轮廓元素(网格边或是屏幕像素)链接(矢量化)成线条。本文提出了一个基于GPU的实时网格轮廓渲染方法,包含如下几个环节:首先,从三维网格模型中提取轮廓线并将其光栅化为一组有向的轮廓像素,进而将轮廓像素链接(矢量化)为二维线条路径,最后将线条路径转换为网格并绘制线条网格为具有可控样式的线条。该系统的主要流程都在GPU上并行实现,对有数百万个三角形的高屏幕分辨率渲染可达到实时。本文的主要贡献包含如下三个方面:(1)提出基于并行轮廓扫描转换与二重深度测试的轮廓线光栅化算法,快速从网格提取可见轮廓像素;(2)利用并行链表排序与Potrace算法实现轮廓线的矢量化算法,高效地生成围绕轮廓像素的有向闭合边界;(3)基于网格轮廓朝向与轮廓像素边朝向的并行轮廓线提取算法,可从有向闭合边界提取出能反映场景物体遮挡关系的轮廓线条,大部分情形下符合人对轮廓线的视觉感知,达到较好的视觉效果。
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