基于gpu的复杂植被场景的绘制与动态模拟

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1、ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬ巨ＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴ巨ＣＭＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ硕±学位论文＾ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ＇＾／ｐ＼ｙ论文駿目基于ＧＰＵ的复杂植被场景的绘制与动态模拟学科专业计算机应用技术学．号２０１３２１０６０３１６作者姓名陈圣爆指导教师张建中副教授ｉ，．独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成

2、果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。是惶。（２／作者签名；？資曰期：１（？年＆月曰］论支使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文的全、部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印缩印或扫描．等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）方

3、作者签名：喊到１导师签名：少曰期：年居曰分类号密级注1UDC学位论文基于GPU的复杂植被场景的绘制与动态模拟（题名和副题名）陈圣煜（作者姓名）指导教师张建中副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业计算机应用技术提交论文日期2016.3.28论文答辩日期2016.5.16学位授予单位和日期电子科技大学2016年6月27日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。TheGPUBasedRenderingandDynamicSimulationofVegetationComplexSceneAMasterThes

4、isSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ComputerAppliedTechnologyAuthor:ShengyuChenSupervisor:A.Prof.JianzhongZhangSchool:SchoolofComputerScience&Engineering摘要摘要复杂植被场景作为室外场景的重要组成元素，在三维虚拟场景的绘制中往往占据着用户绝大部分的视野，其真实感和交互性将直接决定着用户对场景的认知。然而，复杂植被场景的构成非常复杂，除了应有的地形之外，还

5、包含着大面积的草地和种类繁多的树木。为了满足用户对复杂植被场景的真实感和实时性的要求，本文采用了最新的基于GPU的可编程渲染管线技术，主要从草地的绘制与动态模拟以及树木的真实感绘制两方面进行研究，并实现了复杂植被场景的渲染系统。首先，针对草地场景中海量草体的绘制存在着数据传输量大、渲染效率低等问题，提出了基于曲面细分和几何着色器的草体绘制方法。在草地场景渲染时，CPU只需要向GPU传输少量的网格数据，便可利用曲面细分功能细分出很多顶点。根据曲面细分阶段流出的顶点坐标，几何着色器能够在GPU中进行草体的绘制，很好的解决了CPU与GPU的数据传输瓶颈。通过曲面细分因子可

6、以很好的控制网格的细分程度，因此能够根据用户的视点来对草体的密度进行控制。得益于几何着色器的出现，与草体动态模拟相关的力学计算也可以在GPU中完成，从而使CPU不再受繁重计算任务的影响，显著地提升了渲染系统的性能。其次，在大量树木的绘制方面，本文采用了基于硬件的实例化技术，该技术在绘制过程中能够有效的减少CPU与GPU之间数据传输量，并且降低CPU对渲染过程的干涉，提高了渲染的流畅性。在树木的真实感绘制方面，采用基于物理的光照来代替传统的光照模型来渲染树木场景中的树叶，并且根据视点和光源的位置关系对树叶的正反两面进行光照处理，使其具有更加真实的外观；对于树木场景中的

7、树干，采用了最新的曲面细分技术绘制出具有凹凸感的树干，并且根据视点位置的不同来控制树干的细分程度，实现了树干在不同层次细节之间的平滑过渡。最后，本文采用数据、逻辑和渲染相分离的策略实现了复杂植被场景的渲染系统，提高了场景的绘制效率，并为场景增添了雾效果与地表杂物等细节，使复杂植被场景更加具有真实感。关键词：草地，树木，GPU，几何着色器，曲面细分IABSTRACTABSTRACTComplexvegetationsceneisanimportantelementofoutdoorscenes.Itoftenoccupiesmostoftheusers'visio