基于离散点的曲面简化绘制技术的研究与实现

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本文对传统的真实感图形曲面简化生成过程进行了深入的研究,分析了其中的缺点与不足,并在此基础上提出了基于离散点绘制的曲面简化的新方法。与传统方法相比,该方法思想新颖,可以避免大量的重建拓扑结构的运算;数据结构简单,便于曲面的增删和修改;造型手续简化,适合于动画显示。本文所做的工作包括:基于离散点的曲面简化和反走样技术等,在许多不同的场景中都取得良好的效果。本文在这二部分做了大量的工作,提出了新的算法,并且在实践中得到了验证。本文是在基于离散点的造型的基础上进行的,该方法改变了传统的面片存储,而是将场景中所有曲面上所求得的离散点存储起来。首先我们用均匀参数化的方法将曲面剖分成若干小多边形,然后将每个小多边形投影到屏幕上得到相应的投影区域,再对投影区域中的每个象素点找到它所对应的空间曲面上的点,最后根据这些离散点在屏幕上的投影排列成若干序列,每个序列中的点都按照它们在观察坐标下的Z值从小到大排序。最终在曲面上显示的是每个序列中的第一个点的颜色值或光亮度值,很自然的实现了消隐,而其它点则用于计算阴影、透明等。曲面简化:基本思想在于从三维重建后的离散曲面或造型软件的输出结果中去除冗余信息而又保证模型的准确度,以利于图形显示的实时性、数据存储的经济性和数据传输的快速性。本文采取的方法是取固定采样距离。例如采样距离为4,即从每4个原始采样点中抽取一个作为点序列中的值。但是在实际应用中,图形的表面曲率是不一样的。那么在较平坦的曲面上,也就是法向量所成的角度较小的曲面上,采样点足够表示。但是要是在几何细节丰富的表面上就要增加采样点以防止图形走样。对此本文采取的办法是若每两个抽取出来的点的法向量所成的角度超过一个常值。则这两点之间加上一个中间的点。然后再递归判断。为此我们可以根据物体的外部物征添加相应的启发信息。以便选取的合适大小的采样距离。基于法向量的离散点的自适应采样算法。反走样:由于图形是连续的,而我们所采用的点采样技术避免不了的就会带来图形细节失真或者微小对象被忽略等走样现象。反走样就是通过<WP=44>提高采样频率或者是把像素作为一个有限区域,而不是作为一个点来处理来解决绘制过程中的失真问题。生成图像的一个问题是沿轮廓线的走样。为了减轻这种走样,我们进行了一个边界的反走样算法。当像素z值与周围像素的z值差异显著时,就会被作为轮廓线上的像素检测出来,并将该像素的颜色设为其周围像素的平均颜色。基于轮廓线的走样,我们提出来一个算法:一个近似的平均法。当有冲突或相交的情况出现时,我们忽略相交部分的点。留出一个空洞的轮廓线等待填充然后跟据两边不同颜色值的离散点的信息。填充中间出现的空洞。使中间的颜色可以形成柔和的过渡。基于离散点的造型是本文其它工作的基础;实现的重点是曲面简化和反走样等真实感图形生成技术。其中基于离散点的曲面简化是实现的难点,本文在这两部分分别提出了新的算法。由于此项目目前正处于基础理论研究和初步编程实验阶段,所以这些算法还需要在以后的反复实验中进一步的验证和改进。
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