实时渲染中环境映射技术的研究与应用

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随着计算机图形学的高速发展,实时渲染技术在军事、娱乐、医学等众多领域上扮演着越来越重要的角色。在实时渲染技术中,渲染效果和渲染速度是一对不可兼得的矛盾体,如何有着较快渲染速度的同时,又有着较逼真的渲染效果,是近年来实时渲染技术的研究热点。本文所研究的环境映射技术是纹理映射的一种特殊方法,而纹理映射技术是实时渲染的重要组成部分。本文由一个模拟战机战斗的系统而展开,该系统要求能实时、逼真地渲染出战机的各种战斗效果。该系统由很多的模块组成,其中的环境映射模块为一个重要的组成部分。为了达到高效且逼真的目的,本文接下来对环境映射技术的原理及基于环境映射的光照模型进行了详细深入的研究。首先对诸如两步纹理映射、球面环境映射、立方体环境映射、双抛物面环境映射等现存的纹理映射技术进行了分析研究。通过对这些技术的学习,了解环境映射的相关原理及特点。其中立方体环境映射有着较好的性能,该技术现已被广泛使用并得到了图形硬件的相关支持。但是立方体环境映射技术也存在一定的不足:在立方体面中心处采样少,而在边界处采样多。因此,针对立方体环境映射中映射不均匀的缺点,在现有技术的基础上提出了相应的改进并加以实现。从实现的结果中可以看出,改进后的环境映射技术能获得更好的渲染效果。在实时渲染技术中,若只有贴图技术的应用,则渲染出来的几何体会略显单薄。为了获得更贴近现实的效果,本文在环境映射的基础上结合了光照模型的相关内容,结合光照模型对环境映射值进行了预处理。在相关实现中可以看到,进过处理后所渲染出的几何体更加真实。为了获得较快的渲染速度,本文的相关实现都是基于GPU高级渲染语言HLSL来完成的,这样既保证了较快的渲染速度,同时也有着较好的渲染质量。最后将上述的研究成果应用到战机的战斗展示系统中,完成了系统的需求分析、系统设计、模块设计等相关内容,对系统的流程及重要的相关类进行了介绍。系统中的环境映射模块运用了本文中研究的技术和成果,有着较好的渲染效果和较快的渲染速率。
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