虚拟场景的限时绘制技术

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1、虚拟场景的限时绘制技术作者：任利锋发表刊物：全国图象图形学术会议发表时间：2005-10  虚拟场景的限时绘制技术任利锋 张明敏 潘志庚（浙江大学CAD&CG国家重点实验室，杭州 310027）摘 要： 本文介绍静态场景的限时绘制技术。文章先简单分析一下绘制的流水线。然后介绍在流水线各个阶段采取的加速算法：可见性裁剪、细节层次、图象缓存。其中可见性裁剪就是找出不可见物体，把它们尽早地排除在流水线外。而细节层次技术是在合适的时候忽略一些次要的细节细节，减少通过流水线的负载量。纹理缓存技术则是把前面帧的绘制结果存成容易

2、绘制的图像表示，用在后续帧中替代费时的坐标转换和光照计算。文章最后介绍了限时绘制框架，该框架为场景中的物体选择合适的绘制方法，使得绘制的结果最优。关键词： 实时绘制；可见性裁剪；细节层次；图象缓存；限时绘制Abstract: Wereviewedsomerepresentivetechniquesofrenderingofstaticscenes.Firstwegaveabriefanalysisoftherenderingpipeline.Followedbyacceleratingtechniquestackl

3、ingeachstageofthepipeline,namelyvisibilityculling,levelofdetailsandimagecaching.Thecoreofvisibilitycullingistofindinvisibleobjectsandexcludethemfromthepipeline.Andbyignoringlessimportantdetailswhenpossible,thelevelofdetailstechniquesuccessfullyreducetheworkloa

4、dofthepipeline.Imagecachingtechniquestorestheresultoftime-consumingrenderinginpreviousframes,thensimplywrapthiscachedresultinsubsequentframes.Attheendofthisarticle,weintroducedaframeworknamedtime-criticalrendering,whichkeepmultiplerenderingskemesforeveryobject

5、init,andchoosetheskemethatmaximizeabenefitfunction,ofwhichtimeisimportfactor,asthebestsolution.keywords: Real-timerendering;Visibilityculling;LOD;Imagecaching;Time-criticalrendering0引言   在图形学发展的早期，研究者追求的是提高计算机生成的图象的真实感。随着场景的日渐复杂和各种复杂的光照明技术的广泛应用，计算机生成的图象越来越逼真，但

6、绘制需要的计算量也越来越大。近年来，三维交互图形学和虚拟现实等应用的兴起，人们更加注重的是身临其境的感受。而相关的研究表明，系统具有和实际行为相似的动态特性远比逼真的静态图象更重要。真实的动态特性的关键有两个方面：图象的更新要及时，即延时短；图象更新的频率高并且稳定。   单靠主机和图形加速卡的性能提高远远不能满足这些应用的计算要求。为了缓解计算量和绘制时间的矛盾，出现了几种代表性的加速技术，如可见性裁剪（VisibilityCulling）、细节层次（LOD）、图象缓存（ImageCaching）等[1]。另外，

7、研究人员还提出了一种迥然不同的计算机制——限时绘制机制（Time-CriticalRendering）。可见性裁剪着眼于在绘制开始以前确定景物的可见性，剔除在最终图象中不可见的几何元素，只绘制可见部分。细节层次着   眼于省略不能分辨清楚的细节，在物体的的几何细节超过显示设备的表达能力时，采用粗略的几何表示。图象缓存的出发点则是利用帧间的连贯性，把已有的绘制结果稍作调整应用到后续帧的绘制过程中，达到节省重复计算的目的。最后，限时绘制机制是一个综合考虑系统的计算能力以及绘制的时间和质量要求，必要时降低绘制结果的质量保

8、证绘制在指定时间内完成的算法框架。本文将首先简要回顾一下主流图形卡的绘制流水线，然后介绍几种加速技术的最新进展，分析其节省绘制时间的原理，并在每节的最后指出该技术的优缺点和适用领域。1绘制过程   为了更加清楚地认识各种加速技术的原理和优缺点，我们需要站在整体的高度来看待这些技术。为此，先来回顾一下时下主流图形硬件的绘制流水线。在省略了一些具体的细节以后，绘