[发明专利]三维大规模场景动态管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机三维图像处理技术领域，特别是一种三维大规模场景动态管理方法。

背景技术

计算机三维图形学是计算机领域十分热门及发展迅速的领域，在影视、游戏、军事、科研领域都有非常多的应用实例。大多数研究和产品都把目标集中于在计算机里构建三维的物体并在计算机屏幕上逼真的还原真实世。随着计算机硬件成本的不断下降，以前只有科研单位及大型企业里才能应用的三维系统，现在在普通PC机上也能达到相当的效果。

为了将每一张静止的画面计算、渲染到计算机屏幕并且根据用户的交互可以连续不断的变化。需要提供给计算机进行运算并指导硬件完成相应功能的程序。这样的程序要实现功能需要依赖大体如下几个部分：

用户界面：用来接收用户输入，显示可以操作的按钮等控制部件，将画好的每祯图片显示到屏幕

三维实时引擎：用来根据不同的用途，实现的具有一定灵活性的软件模块和工具，用来管理三维几何信息，三维纹理信息，光照阴影，其他效果等等。

通用三维绘图接口：将上千种不同显示卡制造上的不同点屏蔽，提供给上层程序统一的调用接口，极大的方便程序的开发。否则开发的程序只能运行于有限的计算机型号上。

显示卡驱动程序：一般由硬件厂商开发提供，随计算机硬件或操作系统一同提供给用户，只有通过这个程序才可以调用硬件中提供的指令。

现有的三维大规模场景动态管理方法会一次性的把存在文件里的相关的几何及纹理等数据读入到计算机的内存中，这样就会将所能表现的场景大小或复杂度与计算机系统的容量直接关联(内存)，即使能够在运行时自动读取另一个文件的内容替换前面的数据，也会造成明显的滞后和间断。针对像虚拟城市等复杂场景的实时渲染，一种动态的数据载入的结构和策略是相当必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维大规模场景动态管理方法，主要解决上述现有技术中所存在的技术问题，它能在保证图形效果的前提下，使之应用的扩展性大大增强。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种三维大规模场景动态管理方法，其特征在于它包括：

A：三维引擎主要针对于渲染室外大规模场景，其场景主要采用八叉树划分并管理；

B：渲染流程包括：

B1：CPU和GPU与应用程序的数据交换；

B2：顶点的坐标系转换；

B3：像素到渲染图形缓存的处理过程。

所说步骤A中在处理场景之前先对场景的物体进行简单的规模估算，然后决定八叉树的细化深度。

所说的步骤B1进一步包括：

B11：应用程序通过CPU把在暂存内存中的渲染列表传输给GPU；

B12：应用程序通过OpenGL硬件抽象层来控制GPU进行渲染；

B13：GPU把内存中的顶点信息进行多边形的拓扑处理，以及在显存的像素数据组合并进行栅栏化处理。

所说的步骤B2进一步包括：

B21：所有程序中的模型都是建立在物体空间的坐标系统下的，引擎通过现实世界定位信息可以把模型坐标转换成现实世界的GIS坐标系统；

B22：再根据摄像机在世界坐标的投影，可以把三维世界的坐标系映射成裁剪后的齐次坐标空间；

B23：最后把这个坐标系进行视角转换，形成屏幕坐标输出。

所说的步骤B3进一步包括：

B31：像素的范围测试，这个测试简单的判断这个代渲染的像素是否在视角范围之类，如果是就通过测试，否则标为不通过；

B32：裁剪测试，这个测试主要是判断像素时候在系统定义的裁剪长方形内，所有在长方形外的像素将会被丢弃；

B33：所有通过裁剪测试的像素都要通过透明测试，这个测试会用这个像素的最终透明值和程序定义的透明常量比较，程序会决定这个比较的结果；

B34：通过透明测试的像素要进入模版测试，主要通过比较这个像素在程序存储的一个模板缓存中对应位置的值，如果符合程序要求的值，就通过测试；

B35：深度测试，这个测试主要是比较当前像素在深度缓存中的值和当前位置的深度值，如果像素不满足测试预制的深度关系就会测试失败，一旦通过所有的测试的像素，就会最终选染在屏幕上。