虚拟现实中复杂形体的LOD模型研究

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虚拟现实是一种高度逼真地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的人机界面,图形的实时生成是虚拟现实的关键技术之一。本论文围绕细节层次(Level of Detail,简称LOD)模型这一有效的图形生成加速方法展开了有益的探索。 采用LOD模型方法,要解决的问题包括:LOD模型的选择尺度,LOD模型的选择算法,LOD模型的平滑过渡方法以及LOD模型的自动生成。其中,LOD模型的自动生成是以上问题的基础,本论文重点研究了递进网格和视点相关两种典型的LOD模型自动生成算法。 基于能量优化的递进网格生成算法由于要建立和求解复杂的全局能量优化方程,因而计算复杂性高,很难达到实时,针对此缺陷,本论文提出并实现了一种新的递进网格简化处理方式。该方法仍以边折叠作为网格简化的基本操作,但是采用了易估算且能反映网格模型几何特征的二次误差值与边长平方乘积来衡量边折叠代价,按照边折叠代价最小原则选取被折叠边。且边被折叠后生成的目标点局限于初始网格模型的顶点集中,不需要存储新点的几何信息。实验结果表明该算法不仅实现简单、运行速度快、占用存储空间小,而且可以保证简化模型同初始模型在几何特征具有较好的相似性。 考虑到人眼对处于不同区域的网格模型细节具有不同的分辨能力,本论文还对交互可视复杂的三角形网格模型提出并实现了有效的视点相关简化算法。利用渐进网格的简化记录在预处理阶段生成二叉顶点树。实时渲染时,根据视点的参数,按照细节层次选择标准对二叉顶点树的节点进行展开或合并操作,实现在渲染过程中用不同的细节层次表示模型各部分。采用的细节层次选择标准有:视见体剔除,背面剔除和屏幕空间的投影误差。实验结果表明该算法可以在保持一定视觉效果的前提下,大大提高绘制效率。
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