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室内场景管理算法设计与实现摘要:本文主要介绍了Portal算法的设计与实现,并给出了Cell和Portal的基本结构,详细说明了室内场景管理的实现步骤,对于室外场景和室内场景的接壤问题进行了细致的讨论。关键词:室内场景管理、Portal1引言室内场景通常都有一个特性——场景内部模型相当复杂,并且从观测者的视点看去只能看到他所处环境内的物体,除非在这个环境中有其它入口可以通往其它环境。针对这样的室内环境创建树结构是相当低效的,因为通过入口观测者只能看到相邻环境中非常小的一部分物体。换句话说,树结构不能很好的处理既有高复杂度又有高阻光度的场景。这个问题常常被称为“无效渲染’’,会花费大量的时间去渲染最终被一堵墙挡住的相邻房间中的物体。对于这样的典型室内场景必须有更有效的处理方法。而入口方法就能够非常有效的解决这种无效渲染问题。2Portal概述2.1Portal算法的介绍在入口技术的概念中整个场景被划分n个区域,每个区域都是一个闭合的凸多边形。这里“凸表示在区域内的任意两点间画一条线段,这条线段不会穿透该区域的任何一个多边形,而闭合表示从区域内发出一条光线,如果要让光线射到区域外,则此光线必须要穿透某个区域的多边形。可以形象地把一个区域看成是一个房间,区域的多边形构成了房间的墙壁、天花板和地板等。两个邻近的区域通过入口连接。一个入口是一个特殊种类的多边形。普通的多边形只是一个基本渲染元素,渲染普通多边形只是简单将其传递给后台硬件处理,而当渲染一个入口时视点会进入到另一个区域。渲染Portal场景是从包含观测视点的区域开始的。因为视点在这个区域内,所以这个区域必然是可见的,它也就是渲染的开始点。绘制它所包含的所有物体,并且同时还读出该区域的所有入口信息,如果这个区域的所有入口都是不可见的,那么绘制结束。如果有可见入口,其所通向的区域也必然可见,则以同样的方式渲染输出。当某个入口可见时,可以认为它通向的区域也是可见的,但仅仅是部分可见而己。利用这一点我们可以优化渲染过程,即利用入口的多边形来裁剪视锥体,以保证只渲染可见物体。只有视点所在的区域被完全渲染,而其它区域只渲染被视线所覆盖的部分。2.2Cell结构的设计在室内场景渲染中,我们以墙为主要遮挡体,只有通过墙上的窗或者门才能看到墙后的物体,Portal裁剪技术就是基于这种情况的快速动态潜在可见集的评估算法。Portal算法中,首先要将场景划分成若干个子模块,也就是标题中的Cell。Cell模块的划分是由美工前期确定的,划分有两个主要条件,一是模块内部不能有墙或者其他遮挡体形成较大范围的遮挡,二是该模块的形状必须是凸多面体,而所有的几何节点将以其所在位置和包围盒信息对号入座至相应的Cell模块,两个Cell模块将通过窗或门结构进行连通。在视域剔除前我们就假定所有当前Cell模块中的几何节点都是可见的,而相邻的Cell模块中只用那些处于门窗可视范围内的几何节点才可见,不相邻的Cell模块中的所有几何节点均不可见。这样就可以使无效渲染的像素点的数量大大降低,提高渲染效率。3Portal算法的实现3.1算法主要流程Portal算法的根本目的是计算出所有可视范围内的几何节点,仅将这些节点进行渲染,以此来提高渲染速度。首先我们要确定视点所在的位置,所谓的视点也就是程序中的主摄像机,我们将摄像机的空问坐标与所有Cell依次进行相交判断,由此确定视点处于哪个Cell模块中,然后将该Cell模块所包含的所有几何模块与视锥体进行相交检测,完成视域剔除工作.然后计算可视范围内的所有portal,按Portal大小和视点方向重新计算新的视锥体,在与该Portal相连的Cell模块内利用计算的视锥体进行新一轮的视域剔除.如此递归下去,直到所有的可视Cell模块都完成了视域剔除,如此获得的所有几何节点形成的序列就是需要进行渲染的节点。3.2新视锥体生成算法在整个算法流程中核心算法是如何利用现有的视点方向和Portal的位置大小计算新的视锥体。由于视点的方向没有改变,墙面的作用仅仅是遮挡原本可见的物体,所以新产生的视锥体的远近平面均平行于旧的视锥体。从Portal所处的位置来分一共有两种情况需要讨论。第一种情况是整个Portal完全处于原视锥体范围内部,在这种情况下,新的视锥体其实就是将原视锥体变窄后的模样。第二种情况是Portal部分处于原视锥体范围内部,在这种情况下,新的视锥体的形状相当于原视锥体的侧边半部中的一小部分。参考文献:[1】.ImmaBoada,IsabelNavazo,RobertoScopigno,Multiresolutionvolumevisualizationwithatexture-basedoctree【J】.计算机科学,V01.17,No.3,2001,PP.117—128【2】.FrankLosasso,Fr6d6ricGibou,RonFedkiw,SimulatingwaterandsmokewithanoctreedatastructureInternational【C】.ConferenceonComputerGraphicsandInteractiveTechniquesACMSIGGRAPH,2004,PP.457-462
本文标题:室内场景管理算法设计与实现
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