大型场景绘制过程中遮挡剔除算法的研究

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随着计算机图形学、虚拟现实以及三维交互设计等技术的不断发展及广泛应用,大规模复杂场景的快速绘制作为这些应用领域的支撑技术逐渐成为计算机图形学的研究热点。实时绘制技术经过了几十年的发展,取得了长足的进步,但在保持一定真实感的前提下实时绘制出复杂场景仍然是一个具有挑战性的研究课题。 本文首先简单介绍了实时绘制技术,然后从软件和硬件两个方面对当前国内外遮挡剔除的可见性技术做了综述。着重从基于视点和基于区域的角度对遮挡剔除技术领域中的软件算法进行了分类总结,并分析了这些算法的特点及存在的问题。本文结合具体实际项目交互绘制的应用需求,选择基于区域的遮挡剔除技术作为主要研究内容。 本文重点研究了两种基于视点区域的剔除方法:(1)区域相关的虚拟遮挡物算法。在传统虚拟遮挡物算法的基础上进行改进,引入剔除区域的概念以及不同的剔除区域中物体的分布数量对种子物体选取的影响。改进后的算法能够对分布较多物体的区域起到良好的遮挡效果,提高场景的整体遮挡剔除率和绘制速度。(2)区域采样的球面投影剔除算法。基于扩展投影算法本文提出了一种改进的方法—球面投影剔除算法,采用一个球面投影面对视域周围物体统一处理降低算法的复杂性。先通过极坐标投影算法验证极坐标在圆周上投影对于二维遮挡剔除的有效性,然后把二维极坐标投影算法扩展到2.5维的场景中对视域采样形成待处理的视点集合,对每个视点分别采用球面投影算法在经度和纬度上分别投影进行判断,最后形成整个视域的可见物体集合。该算法充分利用了物体的空间连贯性,在投影过程中逐步融合形成较大的遮挡面,提高了算法可见性判别效率。实验结果表明本文的算法能够实现对物体的遮挡剔除,有效降低场景的复杂度,明显提高场景的绘制速度。
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