基于可编程图形硬件的实时图形技术研究

【作者】 袁亚杰；

【导师】 郭善良；

【作者基本信息】 上海师范大学 ， 计算机软件与理论， 2006， 硕士

【摘要】 计算机实时图形技术是计算机三维游戏，计算机辅助设计与制造(CAD／CAM)，．数字媒体创作(DCC)、虚拟现实等领域中的基本问题。最近几年，随着这些应用领域的飞速发展，人们对实时图形的要求也越来越高，提出了更为复杂的，能逼真再现真实场景的实时渲染要求。为了满足这些应用领域的需求，基于图形处理器((Graphic Processing Unit)的实时渲染技术成为了计算机图形学的一个重要的研究方向。 文章主要研究了基于最新GPU的实时渲染技术，主要涉及以下方面：逐像素光照计算、实时阴影、材质与丝绸材质的渲染及蒙皮网格体的渲染。此外，文章还结合作者将来的工作，简要阐述了基于硬件优化的基本原则。考虑到实时图形技术近几年一的飞速发展，文章涉及到的图形处理器都是支持Shader Model 2.0及以上版本的。上述均体现文章紧密结合日新月异的实时图形渲染技术，跟上时代前进的步伐。以下是文章各章节的内容简介： 第1章绪论。主要介绍实时图形技术的重要性、国内、外研究的现状、课题研究的目的和意义以及论文涉及的关键技术。 第2章系统开发的核心技术。主要介绍计算机实时图形及软硬件平台相关的技术。其中首先介绍了计算机图形学及三维向量代数的基础知识，随后介绍了图形硬件和图形应用编程接口((API)的发展，并从应用角度分析了图形软硬件的发展趋势。 第3章系统开发的详细设计。首先介绍了逐顶点光照和逐像素光照的区别，以及逐像素光照在本系统中的实现，然后介绍了几种经典的阴影生成方式以及它们的改进和实现，提出基于shadow mapping的软阴影，改进基于GPU的shadow volume技术。随后是在本系统中实现的基于光学的玻璃与基于BRDF理论的丝绸材质渲染技术，最后介绍了蒙皮网格体动画的渲染技术，并使用GPU加速技术提高了性能。文章还结合具体实现细节提出了一些基于图形硬件的渲染优化技术。 第4章研究工作总结。对以上各章介绍的技术、方法进行了总结，指出其中的创新点及有待改进的地方。更多还原

【Abstract】 The real-time rendering is the basic foundation of 3D games, computer aideddesign(CAD), computer aided manufacture(CAM), Digital Content Creation(DCC)and virtual reality. With these applications grow rapidly in recent years, the real-time rendering becomes more and more important. GPU based real-time rendering technology comes forth in this situation. The paper focuses the GPU based real-time rendering technologies. It involves the following parts: per-pixel lighting, real-time shadow, glass and velvet texture rendering, and skinned mesh rendering. Besides, according to the author’s future work, this paper also introduces some GPU related optimization methods. Because graphic hardware evolves rapidly at present, all the GPU involved in this paper is Shader Model 2. 0 level or above.Chapter 1, introducing the importance of real-time rendering, the foundation, the research purpose and the significance of the project. Besides, the key technologies involved in the paper are introduced.Chapter 2, introducing the core technology in this paper, including graphic hardware, vector math and 3D API.Chapter 3, This chapter introduces the details of Phong illumination model, per-pixel lighting, real-time shadow, Fresnel reflection and refraction and skinned mesh, then the implementation details is presented, the improvements of my method are also introduced. All the implementation is based on advanced GPUs.Chapter 4, concludes the system, points out insufficiencies and innovation, and predicts the prospect of various technologies in this article.更多还原