交互式自然場景實時渲染的研究與實現(xiàn).pdf

1、自然場景實時交互技術是一種能表達自然場景的真實感,同時給用戶極強的沉浸感的元素。自然場景的交互式實時渲染已成為目前的研究熱點,盡管目前已取得了不少成果,但是早期的研究工作主要集中在草體外形的真實感表現(xiàn)上,而其它交互性和光影效果的模擬成果較少。直到2006年Kevin Boulanger實現(xiàn)了動態(tài)光照下的自然場景的實時真實感渲染,雖然真實感的實現(xiàn)幾乎完美,但是沒有涉及多少交互,而已有的交互實現(xiàn)還不是很完善,還有很大的研究前景。此外,很多自

2、然景物還沒有統(tǒng)一的建模方法,已經(jīng)存在的建模方法各有其優(yōu)缺點,還可以繼續(xù)完善。因此,如何實現(xiàn)自然場景的真實感、可交互性和實時性渲染,是本文將要解決的問題。
　　 首先,本文在irrlicht圖形引擎的基礎上設計了一個草地渲染系統(tǒng)。該系統(tǒng)以irrlicht圖形引擎為平臺,主要包括草體建模模塊,草體交互模塊,草體陰影模塊等。具體每一模塊的內(nèi)容后續(xù)章節(jié)再一一進行詳細介紹。
　　 其次,本文實現(xiàn)了草地場景的LOD顯示。雖然草體的幾

3、何建模方法很多,但是如果要實現(xiàn)對整個自然場景的幾何建模,則數(shù)據(jù)量很大,重復性高。因此本文將整個草地根據(jù)離視點的距離分為三級LOD顯示,其中第一級LOD作者借鑒了已有的改進的粒子系統(tǒng)草體建模的方法實現(xiàn)了近距離草體的幾何建模,通過實驗我們發(fā)現(xiàn)這種建模方法得到的草體真實感強,并且能方便地用于交互。在保證渲染質(zhì)量的前提下,我們將星形布告板進一步簡化作為第二級LOD的草體建模。
　　 再次,本文針對基于改進的粒子系統(tǒng)建模的草體,提出了一種

4、改進的基于過程的草體碾壓算法,實現(xiàn)了球體碾壓草體的動態(tài)過程。碾壓效果的實現(xiàn)有兩種方法:基于過程的方法和基于物理的方法。前者采用經(jīng)驗公式來模擬交互的過程,適用于實時應用;后者則采用精確的物理公式來計算,可以模擬出逼真的效果,但計算量大。本文通過采用基于過程的方法,達到了實時性的要求,同時,考慮了草體之間的碰撞檢測,實驗結果表明該方法能較真實地模擬球體與草體的交互過程,是實現(xiàn)草體碾壓效果的一種簡單有效的方法。
　　 最后,本文利用一