Главная » 2014 » Август » 17 » Скачать Разработка и исследование методов определения видимости полигонов в реальном времени при отрисовке трехмерных объектов. Надолинский, бесплатно
06:18
Скачать Разработка и исследование методов определения видимости полигонов в реальном времени при отрисовке трехмерных объектов. Надолинский, бесплатно
Разработка и исследование методов определения видимости полигонов в реальном времени при отрисовке трехмерных объектов
Диссертация
Автор: Надолинский, Никита Александрович
Название: Разработка и исследование методов определения видимости полигонов в реальном времени при отрисовке трехмерных объектов
Справка: Надолинский, Никита Александрович. Разработка и исследование методов определения видимости полигонов в реальном времени при отрисовке трехмерных объектов : диссертация кандидата технических наук : 05.13.17 Таганрог, 2007 213 c. : 61 07-5/3660
Объем: 213 стр.
Информация: Таганрог, 2007
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИДИМОСТИ ПОЛИГОНОВ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ ПРИ ОТРИСОВКЕ ТРЕХМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ И
11 Анализ характеристик методов удаления иевидимых поверхностей
111, Использование когерентных связей
112, Соотношение визуализируемой части геометрии к общей
113, Количество перекрытий
12 Методы оптимизации
121, Отсечение нелицевых граней
122, Ограничивающие тела
123, Разбиение пространства
124, Иерархические структуры
13 Удаленне невидимых поверхностей
131 Метод трассировки лучей
132 Метод z-буфера
133 Сортировка по глубине Метод художника
134 Метод построчного сканировання
135 Метод Варнока
15 Выводы
2 ОРГАНИЗАЦИЯ ПОЛИГОНОВ В ОБЪЕКТНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
21 Описание метода двоичного разбиения пространства
22 Построение дерева на основе пространственного разбиения граней
23 Механизм обхода двоичного дерева полигонов
24 Пространственное отсечение задних поверхностей и групп поверхностей
26 Механизм отображения двоичного дерева полигонов
27 Выводы
3 ОРГАНИЗАЦИЯ ПОЛИГОНОВ В ОТОБРАЖАЕМОМ ПРОСТРАНСТВЕ
31 Описание метода двухпроходной растеризации на основе иерархического тайлинга полнгонов
32 Механнзм бинарных масок
33 Механизм отсечений по границам экраиа
34 Механнзм растеризации
35 Механнзм текстурирования
36 Выводы
4 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ СИСТЕМБ1 ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИДИМОСТИ ПОЛИГОНОВ, ЕЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И СРАВНЕНИЕ С АНАЛОГАМИ
41 Программиые оптимизации
42 Экспериментальное исследование программной моделн, сравнение с аналогами
43 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ ИСХОДНЫЙ ТЕКСТ БИБЖОТЕКИ SGL
Введение:
Современное программное обеспечение в таких областях как CAD, архитектурное моделирование и т.п. требует интерактивной визуализации динамических данных очень больших объемов, на порядки превосходящих возможности аппаратуры. Высокой скорости показа таких данных можно добиться с помощью поиска и удаления частей сцены, невидимых наблюдателю (в частности, перекрываемых поверхностей), таким образом, снижая нагрузку на графическую подсистему. Задача удаления невидимых поверхностей является классической задачей компьютерной графики, и еще в 70-х годах было предложено значительное невидимых количество поверхностей алгоритмов основывается для на ее том решения. факте, Удаление что если пользователь не видит некоторый объект, то нет необходимости этот объект визуализировать, т.е. визуализировать нужно только полностью или частично видимые объекты. Методы удаления невидимых поверхностей определяют невидимые для пользователя части сцены и не визуализируют их (удаляет из множества визуализируемых частей). На сегодняшний день можно считать базовую задачу решенной, а самым распространенным алгоритмом ее решения алгоритм z-буфера, реализованный аппаратно. Время работы z-буфера линейно относительно количества полигонов в сцене. Поэтому, использование исключительно z-буфера не подходит для интерактивной визуализации современных сцен даже на самых мощных мобильных компьютерах. Таким образом, встает вопрос о разработке методов, которые бы быстро находили и отсекали пусть не всю, но значительную часть невидимой геометрии сцены. Остальную геометрию можно визуализировать с помощью z-буфера. Время работы таких методов, как правило, логарифмически зависит от количества полигонов в сцене.Актуальность темы Задача удаления невидимых поверхностей стоит достаточно остро в настоящее время. За последнее десятилетие для настольных систем прогресс достигался за счет реализации уже разработанных методов на основе аппаратной базы, без каких-либо существенных изменений алгоритмов и подходов. Расчет практически всех современных методик трехмерной графики реального времени осуществляется аппаратно в геометрических процессорах (GPU), и скорость отрисовки напрямую зависит от его мощности. Может показаться, что это единственно возможный путь развития на сегодняпший день, однако это не так. Целью диссертации является разработка метода, который бы позволил в отрисовывать время, сцены, является геометрическая сложность которых, настоящее недостижимой для современных процессоров. Около 5 лет назад появился рынок мобильных компьютеров (КПК), которые также нуждаются в отрисовке больших объемов данных. Здесь дела обстоят гораздо хуже, чем на настольных системах, потому как в КТЖ нет геометрических процессоров. Опыт показывает, что в ближайшее время полноценные геометрические процессоры (GPU geometry processing unit) с архитектурой и возможностями, аналогичными nVidia GeForce3Ti, с vs 1.0 и ps 1.0 вряд ли появится в мобильных устройствах, из-за проблем с энергопотреблением и вьщелением тепла. Следовательно, сейчас трехмерная графика реального времени на КПК практически не развита, по сравнению с настольными системами. Таким образом, развитие трехмерной графики реального времени, за счет средств центрального процессора (CPU -/centi*al processing unit) на платформе мобильных компьютеров, с возможностью отрисовки больших объемов данных, является очень актуальной задачей. Появление такого метода может вывести платформу мобильных компьютеров на совершенно новый уровень задач, способствовать развитию трехмерных ГИС, игровых, а также любых других приложений, использующих вывод на экран сложных геометрических данных. Таким образом, задача разработки методов удаления невидимых поверхностей требует проведения интенсивных исследований и является актуальной. Целью работы является разработка и исследование методов удаления невидимых поверхностей, позволяющих отображать сложные трехмерные сцены на платформе мобильных компьютеров, средствами CPU. Исходя из основной цели данной работы, определяется перечень основных задач: 1. Разработка целочисленного метода организации геометрических данных в объектном пространстве на основе двоичных деревьев. 2. Разработка метода двухпроходного расчета видимости частей изображения на основе иерархического тайлинга. 3. Разработка нового метода расчета видимости треугольников на основе бинарного маскирования. 4. Разработка целочисленного метода растеризации и текстурирования треугольников с учетом особенностей архитектуры центрального процессора мобильных устройств. 5. Экспериментальные оценки основных характеристик программной модели системы отрисовки геометрических данных в сравнении с существующими аналогами. Методы нсследовання данной работы базируются на использовании аналитической геометрии, элементов теории множеств и теории графов. Научная новнзна диссертационной работы заключается в следующем: 1. Разработан метод определения видимости и масштабной отбраковки полигонов в объектном пространстве на основе двоичных деревьев Впервые разработан метод определения видимости треугольников в отображаемом пространстве на основе иерархического тайлинга с применением бинарного маскирования участков изображения. 3. Разработан метод целочисленной растеризации и текстурирования треугольников, оптимизированный для архитектуры центрального процессора мобильных устройств. 4. Предложена организация системы определения видимости полигонов на основе двоичных деревьев в объектном пространстве для упорядоченной подачи геометрии на растеризацию и двухпроходного иерархического тайлинга в пространстве отображения и бинарного маскирования вакантных участков. Практическая ценность работы Практическая значимость результатов диссертации заключается в следующем: 1. Разработанный метод удаления невидимых поверхностей может быть использован для отображения сложных трехмерных геометрических данных в реальном времени. 2. Разработанные методы двухпроходной отрисовки на основе иерархического тайлинга, с применением бинарных масок, могут быть использованы в системах моделирования для формирования участков изображения. Достоверность полученных результатов подтверждается строгостью математических выкладок, разработкой действующих программ и результатами экспериментов. Основные ноложения н результаты, выносимые на зашнту; 1. Организация системы определения видимости полигонов на основе двоичных деревьев в объектном пространстве для упорядоченной подачи геометрии на растеризацию и двухпроходного иерархического тайлинга в пространстве отображения с использованием бинарного маскирования вакантных участков. 2. Метод организации геометрических данных в объектном пространстве на основе бинарньк деревьев. Масштабная отбраковка полигонов. 3. Метод определение видимости полигонов в отображаемом пространстве на основе иерархического тайлинга с использованием бинарного маскирования участков изображения. 4. Целочисленный метод растеризации и текстурирования треугольников с учетом особенностей архитектуры центрального процессора мобильных устройств. 5. Экспериментальные оценки основных характеристик программной модели системы отрисовки геометрических данных в сравнении с существующими аналогами. Использование результатов. Результаты, полученные в ходе работы над диссертацией, были использованы при проведении трехмерных научносхем исследовательской работы «Построение железнодорожных станций» по договору с НТЦ «ИНТЕХ» по заказу ОАО РЖД в 2005 году. Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 20 научных статей и тезисов докладов. Основные результаты, полученные в ходе работы над диссертацией, были представлены на: 1. Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Технологии Microsoft в теории и практике программирования", (МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва) 2005 и 2006 года. 2. Первой ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр южного научного центра РАН, (Южный Научный Центр РАН, г. Ростов-на-Дону) 2005 года.Всероссийской назной конференции студентов аспирантов "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления" (ТРТУ, г. Таганрог) 2005 и 2006 года. 4. Всероссийской научной конференции с международным участием "Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения" (ТРТУ, г. Таганрог) 2004 года. Аннотация работы. Диссертационная работа представлена четырмя значимыми
