航海模拟器视景系统中阴影技术的研究.pdf

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1、指导教师金一丞职称．教撂学位授予单位大连海事大学申请学位级别工学博士学科(专业)交通信息工程及控制论文完成日期’2011年4月答辩日期2011年7月答辩委员会主席■FISh，j：^J，t．蛉．-4-'‘0、舻0InpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringYangXiao(TrafficInformationEngineeringandContr01)DissertationSupervisor：ProfessorJinYichengApril2011●-f0r¨一_．、

2、l》★’‘金0大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下。独立进行研究工作所取得的成果，撰写成博士学位论文==魈渔搓型墨塑基丕筮虫团髭这盔鲍硒塞∑-。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：一主蜀望丝学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或

3、机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》(中国学术期刊(光盘版)电子杂志社)、《中国学位论文全文数据库》(中国科学技术信息研究所)等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。本学位论文属于：保密口在——年解密后适用本授权书。不保密d(请在以上方框内打“√")论文储躲掣导师躲亏／名日期：7ft／年>月／日▲●0r一～·一、‘§

4、■创新点摘要1提出基于比例分割的多阴影图绘制算法，依据场景中对象距离视点远近，使用按比例分割的方法对ShadowMap进行合理的分割，减小了缓存资源的使用，提高了距离视点较近处场景的采样率，减小近处场景阴影的走样。2提出一种优化的阴影体绘制算法，根据视点是否处于阴影体内动态使用Depth．pass或Depth．fail方法并限定阴影绘制区域，解决了阴影体算法填充率高、无法适应复杂场景的问题，并采用一种自动填补网格中孔洞的算法，通过遍历孔洞区域的多边形，覆盖共享同一顶点的两条边形成的三角区域，对孔洞进行填充，保证阴影体生成的正确性。3提出了基于GPU加速的光线追踪阴

5、影绘制算法，将光线跟踪算法中光线．物体碰撞和光线折射的计算移植到GPU上进行，给出了GPU计算的数据结构设计、算法流程以及测试数据比较。在一定程度上提高了光线追踪阴影绘制算法的运行速度。、§+-，，‘●一中文摘要摘要视景系统是航海模拟器的重要组成部分，要求对所模拟船舶及航行环境有真实的再现。阴影能增强三维虚拟场景的真实感并为场景中物体的空间关系提供重要的视觉信息，帮助船舶驾驶人员获得准确的位置信息，为船舶的操纵提供重要依据。本文重点研究视景系统中的阴影绘制技术，在满足阴影绘制真实感的前提下提高阴影绘制效率，对栈桥、直升机、码头等重点景物的阴影绘制进行了深入研究，取

6、得了较为满意的效果。本文的主要贡献包括以下几个方面：深入研究了阴影图(ShadowMap)算法，针对阴影图算法边缘走样的问题，提出了基于比例分割的多阴影图绘制算法，依据场景中对象距离视点远近，使用按比例分割的方法对阴影图进行合理的分割，减小了缓存资源的使用，提高了距离视点较近处场景的采样率，减小近处场景阴影的走样。针对阴影体算法填充率高、无法适应复杂场景的问题，提出一种优化的阴影体绘制算法。该算法首先限定阴影绘制区域，然后根据视点是否处于阴影体内动态使用Depth．pass或Depth．fail方法加速阴影的绘制，提高绘制效率；采用一种自动填补网格中孔洞的算法保证

7、阴影体生成的正确性；对阴影体算法进行改进，提出一种基于V-buffer的软阴影绘制算法，在GPU上通过V-buffer表达阴影区域的明亮度，实现了硬件加速的软阴影绘制。针对光线追踪算法运算量大，计算速度慢的问题，提出了基于GPU加速的光线追踪阴影绘制算法，将光线跟踪算法中光线．物体相交的计算移植到GPU上进行，在一定程度上提高了光线追踪算法的绘制速度。关键词：视景系统；比例分割；阴影图；阴影体；光线追踪．，kkt；‘，●0．一英文摘要ABSTRACTVisualsystemsareimportantingredientsofmaritimesimulators，w

8、hichc