基于GPU的直接體繪制算法研究與應(yīng)用.pdf

1、直接體繪制技術(shù)可以高效地對(duì)復(fù)雜的三維體數(shù)據(jù)進(jìn)行部分或整體繪制，其較高的繪制速度以及靈活性可以滿足用戶不同的需要。直接體繪制的結(jié)果直觀、立體，但往往缺乏一定的真實(shí)感，難以滿足用戶日益增長(zhǎng)的視覺(jué)要求。
　　本文基于上述背景，研究提高實(shí)時(shí)繪制算法的真實(shí)感的方法。本文選擇直接體繪制技術(shù)中經(jīng)典的splatting算法作為研究對(duì)象，通過(guò)研究球諧光照的相關(guān)理論，對(duì)現(xiàn)有的 splatting算法流程中光照模擬與實(shí)時(shí)繪制兩方面進(jìn)行了改進(jìn)，使用GPU

2、對(duì)改進(jìn)后的算法進(jìn)行硬件加速，使其能夠以較高的繪制效率進(jìn)行高質(zhì)量的圖像繪制。在光照模擬方面，設(shè)計(jì)了一個(gè)合適的光照模型，該模型主要基于球諧光照理論，并考慮了對(duì)漫反射，鏡面反射，以及陰影的模擬。其中，在模擬鏡面反射效果時(shí)，使用基于經(jīng)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型以提高計(jì)算效率，同時(shí)利用包含遮擋信息的漫反射光強(qiáng)值對(duì)其進(jìn)行修正提高結(jié)果的真實(shí)感。通過(guò)在預(yù)計(jì)算階段對(duì)光照模型中的函數(shù)進(jìn)行球諧分解，大大降低了實(shí)時(shí)光照的計(jì)算復(fù)雜度。在實(shí)時(shí)繪制方面，為了減小splatting

3、算法繪制結(jié)果的走樣程度，本文使用了一種在視線方向進(jìn)行球諧重構(gòu)的方法，即在繪制過(guò)程中將視點(diǎn)作為一個(gè)假想光源，重構(gòu)該在假想光源的作用下各體素的光強(qiáng)，將其作為混合階段對(duì)片元篩選的依據(jù)，避免了使用深度測(cè)試帶來(lái)的混合走樣；通過(guò)光源方向的球諧重構(gòu)進(jìn)行高效的光照模擬，在保證一定實(shí)時(shí)性的同時(shí)，有效提高了繪制結(jié)果的真實(shí)感。為了保證基于球諧重構(gòu)的 splatting算法的效率，考慮到實(shí)時(shí)繪制階段的球諧重構(gòu)具有較大的運(yùn)算開(kāi)銷，將片元的球諧重構(gòu)計(jì)算轉(zhuǎn)移到GPU