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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,三维实时绘制技术逐渐成为计算机图形学的研究热点。虽然图形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。
本文针对大规模复杂场景实时绘制的关键技术开展研究,通过对可见性裁减技术的分析并结合实际应用需求,选择基于光束体剖分的遮挡裁减技术作为研究重点,分别探讨了基于点和基于区域的光束体剖分技术。
本文首先介绍了相关的基础知识,给出了基于光束体遮挡的可见性判断方法,并介绍了基于光束体剖分进行遮挡裁减的原理。然后分别对基于视点和基于视点区域的光束体剖分算法进行深入探讨,实现了效果明显改善的实时绘制算法。具体地,在基于视点的光束体剖分算法中,充分利用了物体的空间连贯性,提高了算法可见性判别效率;在基于区域的光束体剖分算法中,改进了原有的基于光束体的可能可见集计算方法,将算法扩展为能够处理凸形视点区域,将视点区域外侧包围盒扩展为整个场景包围盒,对于类似于城市漫游这样的环境采用2.5维处理,有效避免了物体与光束体各边界表面进行位置关系测试,减少了算法计算量。在此基础上,考虑三维空间中物体高度对可见性的影响,引入了高度遮挡因子将二维遮挡裁减算法扩充到了三维空间。
实验结果表明本文的算法能够实现对物体的遮挡裁减,有效降低场景的复杂度,明显提高了场景的绘制速度。