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实时阴影绘制算法研究及在城市仿真中的应用

作　者: 邹志昴
导　师: 周建中；李利军
学　校: 华中科技大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 实时阴影虚拟环境走样城市仿真可编程图形硬件
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 95次
引　用: 1次
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内容摘要

随着计算机图形学的发展,人们对虚拟场景的真实感要求也越来越高。在虚拟场景中添加阴影,能有效地表现出物体之间的相对位置关系和几何信息,从而大大增强场景的立体感、层次感和真实感。由于阴影的计算是一个相当耗时的过程,考虑到运行平台资源的有限性,必须在实时性和真实感之间进行必要的折衷。文章的主要研究目的就是基于有限的图形硬件,在保证实时性的前提下,通过实时阴影来提高场景的真实感水平。文章首先对实时阴影绘制进行了系统的综述,阐明了几种主要阴影绘制算法的基本原理,对比分析了阴影表算法和阴影体算法,指出各自存在的优势和局限性。接着深入分析了阴影表算法的走样问题和阴影体算法的耗时问题,阐述了结合两者的混合算法的关键思想和方法步骤——首先建立一个阴影表,然后使用它找出图像中位于阴影边缘处的像素区域,接着只针对该区域使用阴影体算法,而非阴影边缘区域由阴影表算法计算。在算法实现中,给出了使用硬件加速的PCF技术来识别阴影边缘区域,引入计算掩码技术实现对非阴影边缘区域所对应帧缓存的屏蔽,探讨了可编程图形硬件技术在加速图形绘制方面的方法。文章还分析了视景系统扩展编程的可行性,给出了使用vega回调机制实现多遍绘制,将实时阴影绘制方法添加到视景仿真系统中的解决方案。通过实验表明:该算法明显克服了阴影走样问题,大大增强了城市仿真的真实感,同时有较好的实时性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题研究背景  8-10
  1.2 国内外研究状况  10-12
  1.3 本文的组织结构  12-14
2 实时阴影绘制基本算法  14-30
  2.1 阴影基本概念  14-17
  2.2 投影平面阴影  17-19
  2.3 基于阴影表的实时阴影算法  19-25
  2.4 基于阴影体的实时阴影算法  25-30
3 可编程图形硬件技术  30-36
  3.1 计算机图形硬件的发展  30-31
  3.2 可编程图形绘制流水线  31-34
  3.3 高级可编程着色语言  34-36
4 GPU 加速的实时阴影绘制算法  36-46
  4.1 算法关键思想  36
  4.2 算法步骤  36-38
  4.3 算法细节  38-43
  4.4 实验结果  43-46
5 实时阴影绘制算法在城市仿真中的应用  46-56
  5.1 vega 回调机制实现多遍绘制  46-50
  5.2 太阳高度角方位角计算  50-51
  5.3 实验结果  51-56
6 总结和展望  56-58
  6.1 工作总结  56-57
  6.2 存在的问题和进一步的工作  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-63
附录1 攻读学位期间发表论文目录  63

实时阴影绘制算法研究及在城市仿真中的应用

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