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基于点的真实感图形绘制技术研究

作　者: 陈钢勇
导　师: 刘苏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 点模型可编程图形硬件真实感光照环境映照可编程纹理噪声纹理
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 49次
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内容摘要

随着三维扫描技术的快速发展,点模型己经成为三维模型的主要表现方法之一。点模型由于其数据获取方便、数据结构简单等优点,在表现具有丰富几何细节的模型,比如雕像和不规则形状的物体方面,具有独特的优势。点的表面信息是相当丰富的,包括空间位置坐标、法向量、大小、色彩、纹理和透明度等。并且,点曲面是真正意义上的自由曲面,它可以表达任意形体。因此,基于点的计算机图形处理技术近年来成为研究的热点之一。真实感图形绘制是计算机图形学的一个重要研究内容,在基于点的建模和绘制技术发展的同时,基于点的真实感图形绘制技术的研究还较少。本文以点模型为研究对象,对真实感图形绘制的光照计算和纹理映射两方面作了深入的研究,并鉴于现代可编程图形硬件技术的快速发展,将真实感图形绘制的计算过程基于可编程图形硬件来实现,旨在生成高质量的真实感图形。真实感光照的研究方面,本文首先实现了基于硬件的局部光照计算;然后,为了更好地反映复杂的现实环境的光照,对基于环境映照的光照技术进行深入研究,通过分析环境映照、全景辐射度图和球面谐函数等相关理论,得出了基于球面谐函数环境映照技术的实现方法,实现了点模型的全局光照计算,得到了更好的光照渲染效果,并与局部光照渲染进行了分析比较。纹理映射的研究方面,本文分析比较了可编程纹理与存储纹理的优缺点,提出利用可编程纹理技术来实现点模型的纹理映射,在着色器上编写程序实现了点模型的可编程砖块纹理渲染;为了更好地模拟各种自然景象,本文对噪声纹理作了深入研究,实现了点模型的云彩、花岗岩、木材等多种噪声纹理的渲染,取得了很好的渲染效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 课题的研究背景及意义  9-10
  1.2 课题相关技术研究现状  10-13
    1.2.1 基于点的图形绘制技术概述  10-11
    1.2.2 可编程图形硬件技术概述  11-13
  1.3 本文的研究内容与组织结构  13-15
    1.3.1 本文的研究内容  13
    1.3.2 本文的组织结构  13-15
第二章点模型的绘制技术  15-25
  2.1 点模型  15-17
  2.2 基于点的图形处理流程  17
  2.3 点模型的绘制方法  17-24
    2.3.1 Surfel 方法  18-21
    2.3.2 QSplat 方法  21-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章点模型的真实感光照技术  25-41
  3.1 光照模型  25-26
  3.2 点模型的局部光照计算  26-30
    3.2.1 环境光  26
    3.2.2 漫反射光  26-27
    3.2.3 镜面反射光  27
    3.2.4 Phong 光照模型  27-28
    3.2.5 基于GPU 的局部光照的实现  28-30
  3.3 点模型的全局光照计算  30-40
    3.3.1 环境映照和全景辐射度图  31-32
    3.3.2 球面谐函数的相关理论  32-34
    3.3.3 基于球面谐函数的漫射环境映照算法  34-37
    3.3.4 基于GPU 的全局光照的实现  37-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章点模型的纹理映射  41-54
  4.1 可编程纹理技术  41-43
  4.2 砖块纹理映射  43-46
    4.2.1 砖块纹理简介  43
    4.2.2 基于GPU 的砖块纹理的实现  43-46
  4.3 噪声纹理映射  46-53
    4.3.1 噪声函数  46-49
    4.3.2 噪声纹理  49-50
    4.3.3 基于GPU 的噪声纹理的实现  50-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章总结与展望  54-56
  5.1 本文主要的研究工作  54
  5.2 今后工作的展望  54-56
参考文献  56-60
致谢  60-61
在学期间的研究成果及发表的学术论文  61

基于点的真实感图形绘制技术研究

内容摘要

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