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38400字硕士毕业论文虚拟条件渲染中的数据结构分析及快速算法

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:38400字
论点:地形,绘制,算法
论文概述:

本文针对如何快速绘制大规模地形问题,从静态过程和动态过程两个方面着手,研究并实现了一种视距相关的静态LOD算法过程。先是提出了具体的地形分块规划并建立地形网格细节层次模型,

论文正文:

第一章研究背景和意义

地形分形技术是大规模地形绘制算法的核心。地形分形的原理是利用地形的自相似性,局部使用简化的网格模型代替原始模型,达到快速逼真渲染的目的。然而,在电子游戏的应用中,除了以高仿真度绘制地形外,对人机交互性能和环境活动也有很高的要求。因此,特别需要一种视觉效果好、系统资源需求少的地形分形算法。
本文研究的重点是一个大型3D网络游戏项目中的地形渲染。项目中使用的地形数据集范围为8192×8192米,模拟真实世界,可视为大规模地形。起初,为了缩短开发周期,选择了一些现有的成熟技术作为地形渲染的核心算法。根据实际应用效果,地形独立于游戏项目的其他元素绘制,效果不错。但是,在加载其他元素(如活动水体、天气控制器和特效)后,整体性能并不令人满意。经过性能分析,地形渲染部分占据了整个场景更新时间的很大一部分,关键问题是提高地形算法的效率。然而,几次替换和优化的结果并没有取得任何实质性的突破。
早期使用的大多数分形算法在运行时使用动态分割和重建地形网格,这在很大程度上依赖于中央处理器。因此,虽然算法过程的一些细节已经被优化,但是对整体效率的影响非常有限。因此,本文研究并提出了一种非主流的算法流程。动态地形分形算法中一些最耗时的部分被迁移到静态预处理阶段,而动态算法部分只保留必要的轻量级程序。该方法已应用于游戏项目,取得了满意的效果。
本文提出的算法在预处理阶段通过专用工具生成无缝地形网格的静态模型,并在动态处理过程中使用快速算法绘制静态模型,从而实现地形分形深度和绘制速度的分离。如果改进,可以进一步实现地形复杂度和渲染速度的分离,从而实现地形的真实感实时渲染。

第二章地形分形算法研究

现实世界的地形是非线性和不规则的。地形分形的概念是利用地形的分形自相似性来逼真地模拟地形,实现逼真的渲染。地形的三维真实感渲染追求两个目标:实时渲染和真实感渲染。这两个要求在电子游戏的应用中更加强烈。

2。1现有3D地形分形技术

由于硬件限制,早期的地形渲染系统不得不采用小场景切换的方法来降低开销。随着PC机硬件的升级,可以绘制的地形数据集越来越大,可以驻留在内存中的地形数据也越来越大,面积甚至超过了虚拟视野。20世纪90年代,图形处理器的出现使得三维场景渲染的速度和质量有了质的飞跃。然而,无论硬件支持有多强,理论上不可能同时绘制几乎无限的地形数据集。为了解决大规模地形渲染仿真和渲染效率问题,许多学者致力于地形网格简化的研究。
克拉克于1976年提出LOD(细节层次)的概念,以确定模型的几何层次,并通过占据屏幕区域的大小来加速渲染。虽然它不是一个专门针对地形的理论,但它被广泛应用于地形分形。

第三章...13-33
3.1地形数据分区和静态LOD过程分区组织.........14-25
3.1.1地形划分.........14-15
3.1.2静态数据分布.........15-18[/溴/] 3.1.3静态细节层次网格.........18-20
3.1.4外部t形裂缝.........20-22
3.1.5表面形貌.........22-23
3.1.6内部T形骨折.........23-25 [/BR/] 3.2动态更新流程.........25-33 [/BR/] 3.2.1级决策阶段.........25-27
3.2.2绘图阶段.........27-33
第4章性能比较和分析.........33-37
4.1算法比较测试.........33-35
4.1.1平缓地形测试.........33-34
4.1.2突变地形试验.........34-35
4.2测试结论.........35-37
第5章工作总结.........37-41
5.1概述.........37-38
5.2优化概念.........38-41

摘要
针对如何快速绘制大规模地形的问题,从静态过程和动态过程两个方面研究并实现了一种与视距相关的静态LOD算法过程。首先,提出了一个详细的地形分块方案,建立了地形网格层次的细节模型,以避免在建模过程中出现丁字裂缝,保持一些地貌特征。然后,基于Direct3D的顶点索引缓冲区,提出了一种直接映射静态模型的快速编码算法。与现有的典型算法和典型算法的改进方法相比,该算法还可以简化地形网格,为硬件转换和光照处理提供优化条件。此外,由于动态渲染的计算规模小,图形处理器利用率高,实现了快速实时渲染。
本文研究的重点是一个大型网络游戏项目。提出的解决方案是游戏中地形渲染的核心算法。网络游戏是一种对人机交互要求很高的虚拟现实应用。本文提出的算法的目的是为人机交互节省更多的中央处理器资源,为玩家提供一个流畅的游戏环境。