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文檔簡介

1、圖形學(xué)與游戲技術(shù)簡介2012-9-15第1頁,共53頁。真實感圖形學(xué):側(cè)重視覺效果可視化:側(cè)重信息傳達圖形學(xué)第2頁,共53頁。cn3dSAGA gis可視化ADINA第3頁,共53頁。離線渲染(Offline Rendering)實時渲染(Real-time Rendering )渲染類型:第4頁,共53頁。RayTracing(start, direction, weight, color) if ( weight 世界空間光源視角屏幕空間逆光柵化光柵化第19頁,共53頁。Shadow map 鋸齒與軟陰影圖取自:/GPUGems/gpugems_ch11.html第20頁,共53頁。Sha

2、dow volume首先渲染場景,然后關(guān)閉緩沖寫渲染陰影體并進行模板計數(shù),最后根據(jù)模板值決定各點是否為陰影點。根據(jù)模板計數(shù)規(guī)則不同,分為z-pass和z-fail兩種算法。shadow volume歷史:Franklin C. Crow于1977年發(fā)表了一篇題為Shadow Algorithms For ComputerGraphic的論文,提出shadow volume思想。Tim Heidmann于1991年,展示如何用模板緩沖實現(xiàn)快速實時陰影(z-pass算法)。2000年前后,若干人獨立發(fā)現(xiàn)了z-fail算法,發(fā)現(xiàn)者之一John Carmack(約翰*卡馬克)將其應(yīng)用于Doom3,使此

3、技術(shù)引起公眾關(guān)注,所以z-fail算法通常又稱為Carmacks Reverse??R克提出z-fail算法郵件全文:/Pointer/archive/2004/07/28/28036.htmlz-pass算法存在:“當相機位于陰影體內(nèi)時失效”的問題。為解決這一問題,后來提出z-fail算法??R克:3d游戲之父,id software創(chuàng)始人之一。了解3d游戲歷史,推薦閱讀Doom啟示錄第21頁,共53頁。模板緩存(stencil buffer)幀緩存的一種,起到mask的作用。(結(jié)合后面陰影體模板計數(shù)來講解)第22頁,共53頁。z-pass視點在陰影體外,得到正確結(jié)果視點在陰影體內(nèi),方法失效

4、第23頁,共53頁。無論視點在不在陰影體內(nèi),都得到正確結(jié)果z-fail第24頁,共53頁。/wiki/Shadow_volumez-pass和z-fail算法的標準描述:Z-pass:1,Disable writes to the depth and color buffers. 2,Use back-face culling. 3,Set the stencil operation to increment on depth pass (only count shadows in front of the object). 4,Render the shadow volumes (becau

5、se of culling, only their front faces are rendered). 5,Use front-face culling. 6,Set the stencil operation to decrement on depth pass. 7,Render the shadow volumes (only their back faces are rendered). Z-fail:1,Disable writes to the depth and color buffers. 2,Use front-face culling. 3,Set the stencil

6、 operation to increment on depth fail (only count shadows behind the object). 4,Render the shadow volumes. 5,Use back-face culling. 6,Set the stencil operation to decrement on depth fail. 7,Render the shadow volumes. 第25頁,共53頁。視點在陰影體外視點在陰影體內(nèi)第26頁,共53頁。四叉樹(qaudtree)通過四叉樹可以同時實現(xiàn)視錐剔除和LOD地形第27頁,共53頁。高度圖11

7、69x11169 ,24位bmp生成方法:1,用photoshop繪制。2,自動生成(Perlin noise) 。3,在3dmax中建立地形模型,然后渲染成高度圖。 (/tikiwiki/tiki-index.php?page=3dsmax%20Heightmaps)重組3D IV 中小島高度圖(使用photoshop繪制)第28頁,共53頁。實現(xiàn)視錐剔除:第29頁,共53頁。實現(xiàn)LOD:在重組3D IV中d改用d2,一方面省去開方運算,另外使得LOD效應(yīng)更強烈當d相對于邊長e來說較小,即離眼睛較近(對比上一頁)第30頁,共53頁。補縫如果一個未分裂塊的鄰塊分裂,則兩塊之間需用三角補洞。(此

8、處暗含假設(shè):相鄰塊LOD級數(shù)必定1,無法使用三角形補縫。第32頁,共53頁。voxel based terrain Crysis sandbox2可以實現(xiàn)懸崖,洞穴等高度圖無法實現(xiàn)的地形效果新的形生成技術(shù)(基于體素的地形)第33頁,共53頁。場景管理重點:八叉樹(octree) 簡述:bsp,portal,pvs第34頁,共53頁。八叉樹結(jié)構(gòu)何時分裂:(1)實心節(jié)點中面數(shù)(或物體數(shù))不夠少。(2)實心節(jié)點體積不夠小。圖取自:/wiki/Octree03215476編號順序:第35頁,共53頁。分裂4次達到的粒度八叉樹用于碰撞檢測:快速篩選出潛在碰撞三角面(或物體)集八叉樹用于視錐剔除:(其實,

9、視錐剔除就是視錐與場景的碰撞檢測)八叉樹用于加速光線追蹤:加快光線與幾何體的求交運算第36頁,共53頁。細菌與紐結(jié)的碰撞使用了八叉樹,紅色部分為扭結(jié)與細菌的潛在碰撞三角面集。第37頁,共53頁。bsp,portal,pvs:八叉樹視錐剔除的不足:無法處理遮擋portal可處理遮擋。通過bsp可以實現(xiàn)自動portal生成。pvs是預(yù)計算版的portal。處理遮擋的另外一個方法:硬件遮擋查詢八叉樹視錐剔除Portal技術(shù)第38頁,共53頁。骨骼蒙皮動畫第39頁,共53頁。bone1bone2bone1bone2v6:w2=1v5:w2=1v4:w2=0.7,w1=0.3v3:w2=0.5,w1=0

10、.5v2:w1=0.7,w2=0.3v1:w1=1v7:同v5v8:同v4v9:同v3v10:同v 2v11:同v1以v4為例說明頂點混合過程:圖中bone2為bone1子骨骼,設(shè)bone1,bone2的局部矩陣分別為m_bone1,m_bone2。v4在bone1坐標系內(nèi)的坐標v4_bone1=inverse(m_bone1)*v4;v4在bone2坐標系內(nèi)的坐標v4_bone2=inverse(m_bone1*m_bone2)*v4?,F(xiàn)假設(shè)bone1,bone2都進行了變換,各自的局部矩陣變?yōu)閙_bone1和m_bone2,則按bone1來算,v4的新坐標v4應(yīng)為v4_1=m_bone1*

11、v4_bone1。而按bone2來算,v4的新坐標v4應(yīng)為v4_2=m_bone2*v4_bone2。于是真正v4取v4_1與v4_2的混合,由于bone1和bone2對v4的影響權(quán)重分別為0.3和0.7,所以v4=0.3*v4_1+0.7*v4_2頂點的骨骼權(quán)重:第40頁,共53頁。粒子特效一大類無定形事物可以用粒子系統(tǒng)進行模擬,如:火,煙塵,爆炸,云,雨雪,瀑布,浪花,植被,魔法等。2d3d使用點使用透明公告牌:第41頁,共53頁。體素(Voxel)過程生成( Procedural generation )無限細節(jié)(Unlimited Detail )?新技術(shù)看好第42頁,共53頁。體素(

12、Voxel)比多邊形更接近自然。以前主要在醫(yī)學(xué)成像中使用,近些年開始在游戲中流行。第43頁,共53頁。體素光線投射(voxel ray casting )/index.php/article/index/id/7616/page/1Outcast (1999 ) Delta Force: Xtreme 2(三角洲特種部隊:極限版2)(2009)體素八叉樹:1,加速求交。2,減少存儲空間(物體內(nèi)部區(qū)域不分裂)。兩個游戲均為Novalogic公司制作,NovaLogic與戰(zhàn)爭游戲介紹 :/j/n/2008-11-15/1838280570.shtml第44頁,共53頁。風(fēng)格化體素游戲/voxeli

13、ens/highly dynamic game environments 第45頁,共53頁。PolyVox /polyvox-about/VoxeliensMasterspacewtech engineForever War使用PolyVox開發(fā)的游戲:Voxlap 體素庫、引擎/ken/voxlap.htm/Voxelstein 3d(體素版德軍總部)使用voxlap開發(fā)的游戲:第46頁,共53頁。/可任意破壞的建筑小車在路面上壓出車軌印Atomontage Engine由多邊形模型轉(zhuǎn)化來的體素模型(通過Mesh Voxelizer)第47頁,共53頁。過程生成(Procedural ge

14、neration )隨機,分形(遞歸),組合節(jié)省人力,增加豐富性。第48頁,共53頁。植物生成:城市生成:/features/336/features/336/procedural_content_.phpVoxel space automata: modeling with stochastic growth processes in voxel space,N. Greene,1989地形生成:Realtime procedural terrain generation-realtime synthesis of eroded fractal terrain for use in computer games, J Olsen,2004還有更多事物可以使用過程生成得到第49頁,共53頁。 無限細節(jié)(Unlimited Detail ) Euclideons logo isnt just a logo.but an

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