[发明专利]一种基于非均匀空间划分的场景可见性裁剪方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机虚拟现实和计算机图形学技术领域，特别是涉及计算机图形学加速绘制技术中的可见性裁剪方法。

背景技术

随着计算机硬件与虚拟现实技术的不断发展，数据获取能力越来越强，所处理模型的数据量越来越大，场景也更加复杂。虽然图形绘制已经得到硬件的很大支持，但仍不能很好地满足复杂场景实时绘制的要求，因此，还需要对各种加速算法进行研究。其中，可见性裁剪作为一种非常重要的加速技术，可选取并绘制场景中可见的物体，从而很好地降低场景绘制的复杂度。这种裁剪技术的核心问题就是物体的可见性计算。当场景规模很大时，可见性计算的开销会严重影响实时绘制的效率。而将越来越多的计算转移到硬件上是图形领域的发展趋势。近年来，图形硬件生成厂商提供了遮挡查询的功能。因此，在克服传统场景组织方式局限性的基础上，如何更好地利用硬件提供的辅助功能，以提高可见性裁剪与复杂场景实时绘制的效率，就成为本人们研究的最基本的出发点。

场景组织是可见性裁剪的基础，场景越复杂，场景的组织方式就越重要。一种好的场景组织方式可以有效地提高可见性裁剪的效率。比较有效的方法是对场景进行空间分割，并用树形结构组织，这样可以把空间无序的场景模型，变成一棵空间有序的层次树，对层次树的遍历也就等价为对整个场景的操作。较常用的空间层次组织结构包括包围体层次结构，二元空间分割树，八叉树。包围体层次结构既适合于静态也适合于动态场景，但它并不是严格的空间分割结构，空间利用率不充分，尤其是当场景中存在移动的物体时，需要对包围体层次进行更新，频繁地更新会导致树结构的极不平衡(参见Tomas Akenine-Moller.Realtime Rendering.Peking University Publish House.2004)。另外，更新子节点包围体的同时也需要更新其父节点的包围体，这需要较大的计算开销。二元空间分割树是用一个平面(轴对齐或者是多边形对齐方式)将空间一分为二，然后将几何体划分到这两个空间中，递归进行下去，从而生成层次树型结构。这种方式比较适合静态场景，当场景中存在移动物体时很难进行实时更新，且需要较大的预处理开销。八叉树是另一种较常用的空间数据组织结构，它能够极大地提高可见性裁剪的效率，广泛应用于虚拟现实系统中。但是传统的八叉树空间分割方式有很多缺点：对动态物体的管理比较困难且不存在对象的概念，它将场景中所有的三角面片视为一个整体，不能很好地满足场景交互的要求。当小的物体跨在一个节点的划分平面之上时，小的物体被保持在树的较高层，降低了划分的效率，增加了可见性裁剪的计算开销(参见DeLoura，M.Game Programming Gems.CHARLES RIVERMEDIA INC.2000)

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于非均匀空间划分的场景可见性裁剪方法，在保留空间分割优点的基础上，避免了传统八叉树场景组织方式的局限性，减少了场景结构更新的开销，同时克服了松散节点不易被裁剪的缺点，并与硬件提供的遮挡查询功能相结合，形成了一种有效的可见性裁剪方法。

本发明的技术解决方案：一种基于非均匀空间划分的场景可见性裁剪方法，其特点在于步骤如下：

(1)进行场景组织

首先进行非均匀化松散八叉树场景的构造，形成松散八叉树的场景组织方式，然后进行松散八叉树的更新；

(2)视点排序

当松散八叉树建立完成更新后，依据视点对松散八叉树节点进行排序，以最大化遮挡查询的效率；

(3)进行可见性裁剪

首先进行视锥体裁剪，将视锥体外部的数据裁剪掉，然后进行遮挡裁剪，将视锥体内部被其它物体遮挡的物体裁剪掉，最后进行细节裁剪，如果可见物体在最终图像的投影区域过小，可以将其忽略。经过上述的裁剪处理，可以裁剪场景中对最终图像没有贡献的物体，从而减少绘制的开销，提高复杂场景的绘制效率。

所述步骤(1)中非均匀化松散八叉树场景构造的步骤如下：

(1)根据公式L＝k×w/2^d调整节点包围体的大小；

(2)建立约束体系，规定树的最大深度。

所述步骤(1)中松散八叉树的更新步骤如下：

(1)确定物体所处的相应深度层次；

(2)求得在相应深度层次的节点。

所述步骤(3)中的视点排序的步骤如下：

(1)通过对节点进行编码，来区分不同的节点；

(2)根据距离从近到远选择相应的节点；

(3)对节点进行递归的遍历。