[发明专利]用于场景绘制的图形处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及图形、图像处理领域，特别涉及基于图形处理器的大规模场景的绘制。

背景技术

大规模复杂三维场景的实时绘制是计算机图形学领域和虚拟现实领域的一个具有挑战性的问题。其中的困难除了的场景中三维几何模型的几何复杂度过高外，还有由于场景中包含了大量模型所带来的小批次调用问题(The small batch problem)。

Liu等人提出了基于图形处理器的动态四分数据流方法(DQS)(参考：F.Liu，W.Hua，and H.J.Bao，Gpu-based dynamic quad stream for forest rendering，Science China-Information Sciences，vol.53，pp.1539-1545，Aug2010)。DQS采用分级的层次深度图像表示植物模型。在预处理阶段，预先从多个角度生成一组的广告牌图像来近似表示植物模型。在场景绘制阶段，把这些图像数据做成数据流传送给GPU(GPU数据流方法)，以图像边缘投影到屏幕视口上的长度作为度量依据，利用可编程GPU的几何着色器(Geometry shader)渐进地产生新片元(Primitive)来细分模型的图像，实现视点相关的森林场景漫游。该方法是把图像表示法与GPU数据流方法相结合，能够以很快的速度绘制大规模的场景。然而使用图像方式表示的模型几何信息少，无法计算每个叶片每个顶点的光照，真实度不高。

Deng等人在提出了多分辨率叶子简化森林绘制算法(MRF)(参考：Q.Deng，X.Zhang，G.Yang，and M.Jaeger，Multiresolution foliage for forest rendering，Computer Animation and Virtual Worlds，vol.21，pp.1-23，2010)。MRF采用纯三维网格模型的方式在GPU中对树木叶片进行简化。在场景绘制时，模型的叶片根据距离视点的远近实时地进行合并与还原。模型的层次细节(Level ofdetails，LOD)是连续平滑过渡的，没有不同级别LOD模型间切换时的跳跃现象。使用该方法简化后的植物模型适合于进行复杂的光照阴影计算。但是没有考虑到处理叶片纹理，在绘制大规模场景时，需要读入整个模型数据进行绘制，不适合于网络环境中的应用。

Gumbau等人提出了基于视线相关的剪枝绘制方法(VDP)(参考：J.Gumbau，M.Chover，I.Remolar，and C.Rebollo，View-dependent pruning for real-time rendering of trees，Computers&Graphics，vol.35，pp.364-374，Apr2011)。VDP绘制前，先将植物模型的树冠部分成小组，在植物模型周围预先设置的一些观察点，每个组的可见性在各个观察点的可见性，在实时绘制阶段，计算当前视点下每个小组的可见度，根据可见度，裁剪掉被认为是遮挡住的小组。以剪枝的方式来减少绘制时模型的几何复杂度，同时保持植物模型的整体外观。但是该方种方法不能有效地处理实时阴影效果，因为在生成阴影贴图阶段，该方法需要在光源视锥内再进行一次计算，带来额外的负担。

Bao等人提出了一种森林场景的真实感绘制方法(RRS)(参考：G.Bao，H.Li，X.Zhang，W.Dong.Large-scale forest rendering：real-time，realistic，and progressive，Computers&Graphics，pp.140-151，2012)，该方法采用几何压缩和LOD阴影图计算方式能实时绘制场景的动态阴影，并使用实例化方法来避免小批次调用问题，从而绘制大规模场景。但是，该方法不能处理半透明模型，并且由于相邻的模型LOD之间是离散的，在漫游时会有明显的跳跃感。