VR第45講繪制技術(shù)2011

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)計算機(jī)學(xué)院虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2011.9TechnologyofVirtualReality(VR)第四講繪制與渲染技術(shù)視/聽/觸/味/嗅位置/姿態(tài)/操作用戶/操作者真實(shí)環(huán)境虛擬環(huán)境化身化身化身真實(shí)環(huán)境現(xiàn)實(shí)世界/對象

建模虛擬現(xiàn)實(shí)組成中的作用生成過程中的作用真實(shí)世界對象模型虛擬環(huán)境顯示渲染建模繪制與渲染目的：將虛擬環(huán)境輸出，作用于參與者繪制與渲染技術(shù)分類從感知通道角度視覺渲染將幾何模型按照視覺原理進(jìn)行表現(xiàn)觸力覺渲染提供力覺/觸力覺感知信息聽覺渲染提供逼真的聽覺感受其他通道渲染嗅覺、味覺等上述通道并不孤立，需要相互結(jié)合，而視覺通道是輸出的主體例子：聽覺與視覺的結(jié)合HarmonicFluids，SIGGRAPH2009在逼真表現(xiàn)流體模型的基礎(chǔ)上，增加逼真的聲音效果例子：

視覺與嗅覺結(jié)合

北京時間3月5日消息，據(jù)英國《每日郵報》報道，英國科學(xué)家設(shè)計了一種虛擬現(xiàn)實(shí)的神奇頭盔，這種頭盔能夠模擬視覺、嗅覺、聽覺、觸覺甚至味覺功能，讓使用者不必親自前往遙遠(yuǎn)的度假目的地，在家中便可獲得身臨其境的感覺，盡情享受虛擬旅游的快樂。

戴上這款頭盔后，“扶椅游客”（只閱讀或聽說關(guān)于旅游的事而不親身旅行的人）只需舒舒服服地坐在起居室，便可聽到狩獵之旅中獅子的咆哮，聞到高山草甸上鮮花的芳香并感受加勒比海陽光的熱度。此外，這款裝置還可讓用戶問候遠(yuǎn)在世界另一端的朋友和家人，就好像他們也身在同一房間，讓自己盡情沉浸在虛幻中的世界。有了這個頭盔，學(xué)生便可以對歷史進(jìn)行虛擬探索，體驗(yàn)生活在古埃及、古羅馬或者古希臘的感受。

科學(xué)家研制虛擬現(xiàn)實(shí)裝置已經(jīng)有近20年歷史了，但直到現(xiàn)在，絕大多數(shù)裝置仍能夠只能創(chuàng)造聲音和圖像。來自約克和華威大學(xué)的一支英國科學(xué)家小組發(fā)起了一項計劃，研制世界上第一款真正意義上的虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔，這種裝置能夠模擬所有5種感覺，讓他們所說的“真實(shí)虛擬”變得更加可信。

這款頭盔名為“虛擬繭”，內(nèi)裝專門研發(fā)的電子設(shè)備，包括一個高清晰、高動態(tài)電腦顯示屏、高技術(shù)含量的揚(yáng)聲器、用來向佩戴者面部吹熱/冷風(fēng)的風(fēng)扇以及一個可以在鼻子下方釋放化學(xué)物質(zhì)的“嗅覺管”以模擬真實(shí)世界中的氣味。

視覺渲染技術(shù)的表現(xiàn)形態(tài)繪制引擎場景管理碰撞檢測多種類型對象渲染（幾何、流體….）本講主要內(nèi)容常用繪制引擎及OpenGVS場景管理與碰撞檢測技術(shù)GPU技術(shù)

常用繪制引擎繪制系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)硬件平臺：顯卡、GPU、……基本繪制層：OpenGL、DirectX

常用繪制引擎商用PerformerWorldToolKit(WTK)VTreeOpenGVSVegaVirtools……開源OSG……OpenGVS基礎(chǔ)OpenGVSisaveryhigh-level,ApplicationsProgrammingInterface(API)forreal-time3-Dsoftwaredevelopersandsystemintegrators.APIconsistsofmanypowerfulfunctions.OpenGVS是API

使用OpenGVS可以快速開發(fā)跨平臺的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。OpenGVS的應(yīng)用軟件可以在許多不同的硬件平臺和帶不同繪圖標(biāo)準(zhǔn)（OpenGL，3DFXGLIDE，Direct3D）的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，而不需要做什么修改。支持OpenGL、3DFXGlide以及DirectX多種加速引擎。

OpenGVS的優(yōu)勢OpenGVS與OpenGLD3D的關(guān)系

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的開發(fā)中，還有OpenGL、Direct3D、WTK等圖形開發(fā)工具。OpenGVS與OpenGL、Direct3D一樣都是用于3D圖形系統(tǒng)開發(fā)的API。不同的是OpenGL等屬于“較低層次”繪圖原語。OpenGVS則是一種軟件開發(fā)包（SDK），它把繁雜的軟件開發(fā)瑣事分成許多簡單的相互關(guān)聯(lián)又方便使用的組件。用戶應(yīng)用程序既可以調(diào)用這些軟件，也可以避開OpenGVS直接調(diào)用底層繪圖軟件包提供的函數(shù)。圖形系統(tǒng)OpenGVSOpenGVS資源組成SystemFacilityCommandFacilityImportFacilityUserFacilityObjectFacilitySceneFacilityCameraFacilityChannelFacilityFrameBufferFacilityFogFacilityLightFacility MaterialFacilityTextureFacility GeometryFacility

OpenGVS的功能組件OpenGVS基本術(shù)語OpenGVS基本術(shù)語

幀緩存（FrameBuffer）

TheFrameBufferFacilityisusedtoestablishasoftwareresourcerelationshipbetweenthegraphicshardwareframebufferandtheGVS.EveryGVSapplicationwillneedtocreateatleastone(andusuallyonlyone)framebuffer.Channels(whichincludeauserspecifiedsceneandcamera)mustbeaddedtotheframebuffertocompletetherequiredGVSsoftwareconnections.Innearlyallcases,allyou’llneedtodoiscreateasingleframebufferresourceandconnectyourchanneltotheframebuffer.OpenGVS基本術(shù)語

通道（Channel）:

Theterm“channel”isanhistoricaltermborrowedfromtheoriginalcomputerimagegenerationindustryterminologywhichbeganinthe1960s;theterm“imagegenerationchannel”remainsinforcetoday.AGVSchanneladoptsthisterminologyandissimplya3-Ddrawingsurfacerelativetosomearbitrarydesigneyepointin3-Dspace.TheChannelFacilityisusedtoformpartoftheGVSviewingpipelinealongwithacamera.通道是隨相機(jī)（camera）而建立的一個三維視覺管道，也可看成是場景、對象、霧、光源等眾多資源的集合體。通道與幀緩存相連，把視頻信號傳到物理輸出媒介。在通常的仿真程序中，程序員至少要建立一個通道，在其中渲染想要的顏色并加入相機(jī)和場景（scene），這樣當(dāng)這個通道與幀緩存相連時，GVS就可以繪制所需的場景了。

屬性缺省值設(shè)定時所用函數(shù)NameNULL(emptystring"")GV_chn_set_name()NormalizedViewportDimensions(.xmin,.xmax,.ymin,.ymax){-1.0,1.0,-1.0,1.0}GV_chn_set_viewport()EraseModeGV_CHN_ERASE_MODE_ONGV_chn_set_erase_mode()EraseColor{0.0,0.0,0.0,1.0}(black)GV_chn_set_erase_color()BorderG_ONGV_chn_set_border()DoubleBufferingG_ON

FarClippingPlane(systemunits)250000.0

NearClippingPlane0.1

Shear(.x,.y)Translation{0.0,0.0}GV_chn_set_shear()Twist(.x,.y,.z)Angles{0.0,0.0,0.0}GV_chn_set_twist()通道（GvsChn）類classGvsChn{int id;//通道標(biāo)識號G_Name name;//通道名float clip_near; //通道中近剪切面到相機(jī)的距離float clip_far; //通道中遠(yuǎn)剪切面到相機(jī)的距離GV_Viewport*view_port; //通道的視口坐標(biāo)GV_Rgba *erase_color; //通道的填涂顏色G_Vector2 *shear;//通道錯切角度GvsCam *cam;//通道中的相機(jī)GvsScn *scn;//通道中的場景GvsChn *m_pPrev;//通道鏈表中的前一通道GvsChn *m_pNext;//通道鏈表中的后一通道OpenGVS基本術(shù)語

場景（Scene）是基本的資源，繪圖數(shù)據(jù)在此保存。場景是零個或多個實(shí)體實(shí)例的集合。在OpenGVS中，實(shí)體實(shí)例在被繪出之前必須加入場景。用戶可為他們的應(yīng)用程序定義任意多的場景，但每次只有一個場景及其通道被激活，同時每個場景中又可以存在多個通道。場景（Scene）類classScene{int id; //場景標(biāo)識號G_Name name; //場景名GvsFog *fog; //場景中的霧GvsLsr *lsr; //場景中的光GvsObiList *obi_list;//實(shí)體鏈表objectdefinitionGvsObi *terr; //場景中的地形（是一個靜態(tài)實(shí)體庫）GvsScn* m_pPrev; //場景鏈表中的前一個場景GvsScn* m_pNext; //場景鏈表中的后一個場景}OpenGVS基本術(shù)語

實(shí)體（Objects）具有繼承性，也就是說，每個實(shí)體都擁有用戶定義的樹狀結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)由一個“父”節(jié)點(diǎn)開始，每個節(jié)點(diǎn)可以有零個或多個“子”節(jié)點(diǎn)。在任意時刻，對象定義（definition）的多個實(shí)例（instances）都可以加入場景或從場景中移走。實(shí)體類classObilist{intcount()const; //實(shí)體計數(shù)GvsObi*first()const; //實(shí)體鏈表中的第一個實(shí)體GvsObi*last()const; //實(shí)體鏈表中的最后一個實(shí)體voidAdded(GvsObi*node); //鏈表中添加一個實(shí)體voidRemove(GvsObi*node);//實(shí)體移去（不顯示）voidRemoveAndDelete(GvsObi*node);//將實(shí)體移去并從鏈表刪除GvsObi*lookup(constintid)const;//實(shí)體標(biāo)識查找實(shí)體GvsObi*lookup(G_Namename)const; /實(shí)體名稱找實(shí)體intGetChannles(GvsObi**&m_pGvsObiList);//通過實(shí)體查找實(shí)體所在通道GvsObi*m_pFirst; //鏈表中第一個實(shí)體GvsObi*m_pLast; //鏈表中最后一個實(shí)體}OpenGVS基本術(shù)語

照相機(jī)（Camera）——OpenGVS中基本的視點(diǎn)控制機(jī)制。每個相機(jī)都有一個或多個相互關(guān)聯(lián)的平臺。在用戶的應(yīng)用程序中，相機(jī)只有被加入通道才能被激活。系統(tǒng)中可以有多個不同角度的照相機(jī)，但每一時刻只能有一個照相機(jī)是活動的。用戶可在不同照相機(jī)間切換就象是用不同的鏡頭觀察場景。因此使用哪個相機(jī)決定了場景怎樣繪制。OpenGVS基本術(shù)語

光源（Lightsources）

在用戶定義的OpenGVS場景中創(chuàng)建和更新光源。為了激活一個光源，必須把它加入到用戶的應(yīng)用程序中去。盡管對大多數(shù)硬件系統(tǒng)來說在一個場景中每次之只加入一個無限遠(yuǎn)的光源的效果最好，但在一個場景中還是可以有多個光源用來模擬太陽、路燈等等OpenGVS基本術(shù)語

霧（Fogmodel）可加入場景用來模擬自然界中煙或霧的特殊效果，這一資源并不是必須的。

OpenGVS仿真循環(huán)系統(tǒng)初始化1．GV_sys_init()——要想初始化OpenGVS，必須在程序中調(diào)用一次也只能調(diào)用一次這個函數(shù)。GV_sys_init()初始化OpenGVS的軟件管道，并啟動數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入過程。在完成了自身的初始化動作之后，GV_sys_init()將調(diào)用用戶初始化函數(shù)GV_user_init()。2．GV_user_init()——這是程序員真正進(jìn)行初始化的地方。生成關(guān)鍵的圖形資源:建立幀緩存,建立通道,建立相機(jī),建立場景,建立光源。地形初始化，從對象的定義生成對象的實(shí)例，再將實(shí)例加入場景之中。進(jìn)行其它必要的資源連接：將光源加入場景，為通道設(shè)置相機(jī)，為通道設(shè)置場景，將通道加入幀緩存。運(yùn)行時模塊CWinApp::Run()的作用是提供一個缺省的消息循環(huán)，不斷地獲取和發(fā)送Windows消息，直到它收到一個WM_QUIT消息。通過重載VC的CWinApp類的成員函數(shù)Run()把消息循環(huán)的控制權(quán)交給OpenGVS，它也不斷地獲取和發(fā)送Windows消息，直到它收到一個WM_QUIT消息。這些消息將由OpenGVS的應(yīng)用程序來處理，而不是由MFC的應(yīng)用程序處理。XXX::Run()函數(shù)建立的消息循環(huán)中調(diào)用了OpenGVS的運(yùn)行時模塊GV_sys_proc()。從此，OpenGVS進(jìn)入運(yùn)行時狀態(tài)。在運(yùn)行時的每一幀，OpenGVS總是自動地以一種回調(diào)函數(shù)的機(jī)制來調(diào)用一些程序定義的回調(diào)函數(shù)。例：應(yīng)用程序通過運(yùn)行時函數(shù)GV_user_proc()

對所有實(shí)體實(shí)現(xiàn)以下功能1）通過傳感器接收參與者的一些操作指令，根據(jù)這些指令對本地實(shí)體的狀態(tài)進(jìn)行刷新；2）讀取并處理網(wǎng)上PDU；3）本地實(shí)體碰撞檢測；4）其他交互事件處理(如開火、爆炸、碰撞等)；5）發(fā)布本地仿真實(shí)體信息6）根據(jù)當(dāng)前視點(diǎn)，繪制視景。以坦克實(shí)體為例，描述GV_user_proc()的實(shí)現(xiàn)。仿真循環(huán)：intGV_user_proc（）｛ for(inti=0；i++；i<MTotalNumber)｛if(m_entity[i].type==1)//實(shí)體是人在回路接收輸入設(shè)備數(shù)據(jù)，根據(jù)動力學(xué)方程求解下一時刻的位置；if(m_entity[i].type==2)//實(shí)體是計算機(jī)生成兵力（CGF）{if(導(dǎo)航代理) 根據(jù)規(guī)則進(jìn)行決策，求解下一時刻位置；}if(火控代理)求解火炮發(fā)射角，并裝彈射擊；if(防護(hù)代理) 求解坦克毀傷情況；if(三維圖形代理)三維圖形刷新；if(二維圖形代理)二維圖形刷新；if(三維聲音代理)三維聲音刷新；if(網(wǎng)絡(luò)代理)發(fā)送實(shí)體狀態(tài)Pdu；｝關(guān)閉模塊當(dāng)應(yīng)用程序接收到系統(tǒng)消息WM_QUIT時，將退出OpenGVS的消息循環(huán)，并調(diào)用關(guān)閉模塊。這個模塊完成資源句柄或指針的釋放。setG_DEV=d:setG_ROOT_PATH=\gemsetGV_ROOT=\gem\gvsetGV_GFX=openglsetG_COMPILER=msvccalld:\gem\gv\login_gv.batd:cd\progra~1\MICROS~1\Common\MSDev98\bin\msdev.exe

OpenGVS環(huán)境變量設(shè)置OpenGL加速引擎編譯連接設(shè)置Preprocessordefinitions:WIN32,_WINDOWS,_AFXDLLObject/librarymodules:libgv.lib$(GV_LIB_GL)netapi32.libwinmm.libmpr.lib

VC工程文件的設(shè)置(1)GLIDE加速引擎編譯連接設(shè)置Preprocessordefinitions:WIN32,_DEBUG,_WINDOWS,OpenGVS,NOGEOMETRY,G_SYS_GLIDEObject/librarymodules:d:\gem\gv\lib\w32\x86mt\glide\libgv3.libd:\gem\gv\lib\w32\x86mt\glide\libgv.libd:\gem\gv\lib\w32\x86mt\glide\libsgl.libd:\gem\gv\lib\w32\x86mt\glide\libstub.libd:\gem\gv\libsys\w32\x86\glide\glide2x.libmpr.libnetapi32.libwinmm.liboldnames.lib

VC工程文件的設(shè)置(2)

COMMANDFACILITY(1)

COMMANDFACILITY(2)

OpenGVS支持的模型(1)3DStudioMaxFilesexportedin3DSbinaryfileformat(.3ds)(2)MultiGenOpenFlightformat(.flt)(3)GameGenformat(.gam)(4)WavefrontAscii(.obj)(5)InternalencryptedOpenGVSdatabasefileformat(.gvm)

ImportFacility(1)importfile=filename[options]

ImportFacility(2)

加載模型的兩種方法(1)IMPORTINGMODELSVIASTARTUPCOMMANDFILES:在gvsinit.cmd中指定如下命令:importfile=f18.flt(2)IMPORTINGDATABASESUSINGFUNCTIONCALLS:在應(yīng)用程序中使用函數(shù)調(diào)用:intstatus;status=GV_cmd_service("importfile=f18.gam");GV_cmd_service("importfile=f18.gamname=AIRPLANE");GV_Obiinst;GV_obi_instance_by_name("AIRPLANE",&inst);GV_obi_set_name(inst,"PLANE_0");staticG_Positionposition={-20000.,4000.,800.};GV_obi_set_position(inst,&position);staticG_Rotationangles={0.,45.0*G_DEG_TO_RAD,0.};GV_obi_set_rotation(inst,&angles);

創(chuàng)建對象實(shí)例及操作對象

訪問對象的樹狀結(jié)構(gòu)GV_Obibarrel;GV_obi_inq_by_name("TANK/TURRET/Barrel",&barrel);GV_obi_inq_by_name("TANK",&root);GV_obi_inq_by_name_relative(root,".../Barrel",&barrel);創(chuàng)建SCENEGV_Sceneotw_scene;GV_scn_create(&otw_scene);

SCENEFACILITY(1)向SCENE中加入對象GV_obi_instance_by_name("moon",&inst);GV_scn_add_object(scene,inst);在SCENE中刪除一個對象GV_scn_remove_object(scene,inst);向SCENE中加入光源GV_lsr_inq_by_name("sun",&sun);GV_scn_add_light(scene,sun);

SCENEFACILITY(2)向SCENE中加入霧化模型GV_fog_inq_by_name("haze",&haze);GV_scn_add_fog(scene,haze);將SCENE加入通道中GV_scn_inq_by_name("OTW",&scnhdl);GV_chn_inq_by_name("main",&chnhdl);GV_chn_set_scene(chnhdl,scnhdl);創(chuàng)建CAMERAGV_Cameranew_camera;GV_cam_create(&new_camera);

CAMERAFACILITY(1)將相機(jī)加入通道中externGV_Channelchannel_main;GV_chn_set_camera(channel_main,camera1);將相機(jī)綁定到一個運(yùn)動對象上GV_obi_inq_by_name("AIRCRAFT",&aircraft_inst);GV_cam_set_mount_obi(camera_pilot,aircraft_inst);相機(jī)追蹤某一對象GV_cam_set_track_mode(camera,GV_CAM_TRACK_MODE_OBI_SINGLE);GV_cam_add_trackable_obi(camera,thing_inst);

CAMERAFACILITY(2)相機(jī)參數(shù)的設(shè)定GV_cam_set_aov_nominal(camera,angle);GV_cam_set_zoom_mode(camera,GV_CAM_ZOOM_MODE_AUTO);釋放相機(jī)占用的資源GV_cam_free(camera);創(chuàng)建CHANNELGV_Channelchannel;GV_chn_create(&channel);

CHANNELFACILITY設(shè)置視口大小staticGV_Viewportvport_upper_right={0.0,1.0,0.0,1.0};GV_chn_set_viewport(channel,&vport_upper_right);GEOMETRYFACILITYGV_geo_inq_intersection(scene,&p0,&p1,type_mask,exclude,&data);G_Booleanisc_result;//G_TRUEifintersectionoccuredGV_Obiisc_object;//NULLifnone,otherwisehandleGV_Obiisc_sub_object;//NULLorHandleGV_Geo_faceisc_face;//NULLifnone,otherwisehandlefloatisc_range;//RangetointersectionG_Vector3isc_point;//PointofintersectionVR應(yīng)用程序(漫游)構(gòu)造過程場景數(shù)據(jù)庫模型加載模型控制面及控制參數(shù)非碰撞實(shí)體表面定義場景調(diào)度碰撞檢測地形匹配實(shí)體操縱輸入映射與解釋狀態(tài)設(shè)置視點(diǎn)控制交互設(shè)計二維地圖特殊效果外部輸入圖5-1通用漫游引擎框架結(jié)構(gòu)示意圖DOF實(shí)體約束系統(tǒng)狀態(tài)控制機(jī)制外部輸入（包括各種傳感器輸入及可能的網(wǎng)絡(luò)命令等）主要完成四方面（1）狀態(tài)設(shè)置：用于定制漫游系統(tǒng)，在漫游過程中打開/關(guān)閉漫游引擎提供的某些功能，包括設(shè)置特殊效果以及是否使用二維地圖向?qū)?。?）視點(diǎn)控制：控制漫游系統(tǒng)中觀察相機(jī)的運(yùn)動，在相機(jī)運(yùn)動的過程中，完成場景調(diào)度控制、碰撞檢測與響應(yīng)、地形匹配等功能。（3）交互設(shè)計：在漫游過程中進(jìn)行簡單的虛擬場景動態(tài)交互設(shè)計。（4）實(shí)體操縱：對虛擬環(huán)境中的實(shí)體實(shí)施選擇、操縱。如開/關(guān)門窗等。漫游引擎的狀態(tài)機(jī)制

通用漫游框架中定義的絕大多數(shù)功能都被定義為可選擇項，也就是說，漫游者可以根據(jù)自己的需要打開或關(guān)閉某些功能，如開/關(guān)霧化效果、開/關(guān)二維地圖、決定是否進(jìn)行碰撞檢測、選擇透明處理方式等。另一方面，漫游者還可以對漫游系統(tǒng)的初始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，比如觀察相機(jī)的初始位置、相機(jī)行進(jìn)的速度步長、轉(zhuǎn)角的步長、系統(tǒng)模擬的氣候條件（晴、多云、陰）、時段（早晨、中午、傍晚）等。輸入設(shè)備映射鍵盤鼠標(biāo)游戲桿步行器傳感器用戶控制指令視點(diǎn)控制相機(jī)運(yùn)動參數(shù)映射解釋圖5-2輸入設(shè)備映射與視點(diǎn)控制視點(diǎn)控制模型walker_heighteye_height行走相機(jī)觀察相機(jī)v_p1v_p0v_p2w_p1w_p0w_p2step-step

圖5-3漫游引擎中的視點(diǎn)控制模型其他策略場景調(diào)度控制碰撞檢測與響應(yīng)地形匹配技術(shù)二維地圖漫游向?qū)б勒沼嬎銠C(jī)圖形學(xué)正投影的原理，將三維場景模型“壓縮”到一個平面上，然后運(yùn)用相機(jī)資源，實(shí)現(xiàn)地圖的顯示、縮放以及二維與三維視點(diǎn)的同步運(yùn)動基于霧化效果的恒定幀頻技術(shù)

場景組織及碰撞檢測技術(shù)基本求交計算——基本幾何體求交場景組織——包含多個物體碰撞檢測——場景下求交場景此處是廣義概念，指三維物體所在的空間。（并非OpenGVS中場景）OpenGVS中場景是基本的資源，繪圖數(shù)據(jù)在此保存。場景是零個或多個實(shí)體實(shí)例的集合。判斷一個點(diǎn)是否在多邊形內(nèi)的方法叉積判斷法（僅適用于凸多邊形）夾角之和檢驗(yàn)法交點(diǎn)計數(shù)檢驗(yàn)選擇算法的關(guān)鍵是計算復(fù)雜度Vi=Pi–P0,i=1,2,…n，Vn+1=V1P0在多邊形內(nèi)的充要條件是ViХVi+1的符號相同P1P2P3P4P5P0一條射線與長方體是否相交，可以采用Cyrus-Back算法（簡稱C-B算法）在一般的射線與長方體求交時，是對射線進(jìn)行逐面求交并判斷，這樣這樣當(dāng)射線與長方體有交時，至少要求出與兩個面的交點(diǎn)，而當(dāng)射線與長方體無交時，必須將射線與六個面均求交后方可確定?；谕苟嗝骟w裁剪的C-B算法利用矢量的概念進(jìn)行求解，運(yùn)算效率較高多邊形邊界上的任意點(diǎn)p1,p2，N為其中一點(diǎn)處的內(nèi)法線：N.（p2-p1）>=0V1.V2=|V1|.|V2|.cos（θ）兩矢量垂直，點(diǎn)積為0由于在凸多邊形內(nèi)部，-Π/2≤θ≤Π/2,故其點(diǎn)積恒非負(fù)假設(shè)fi為邊界上一點(diǎn)，直線方程為X=p0+Dt則如果與該邊界相交，有：N.(P0+Dt-fi)=0即：N.(P0-fi)+(N.D)t=0，即可得到t，求出與該邊界的交點(diǎn)場景組織包含多個物體后如何快速求交？空間數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)信息包圍體層次球，AABB，OBB，k-DOP(離散有向多面體）用于加速繪制和各種計算與查詢靜態(tài)，動態(tài)場景空間結(jié)構(gòu)信息BSP樹軸對齊BSP樹計算開銷比較大可以進(jìn)行粗排序?qū)cclusionCulling有利靜態(tài)場景多邊形對齊BSP樹計算開銷大從后到前嚴(yán)格遍歷靜態(tài)場景空間結(jié)構(gòu)信息OCTree普通八叉樹預(yù)處理計算開銷大更新困難靜態(tài)場景松散八叉樹空間結(jié)構(gòu)信息與邏輯語義信息SceneGraph高層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（紋理，變換。。）狀態(tài)切換少場景描述能力強(qiáng)不需要預(yù)處理靜態(tài)，動態(tài)直接應(yīng)用碰撞檢測場景裁減GEOMETRYFACILITYGV_geo_inq_intersection(scene,&p0,&p1,type_mask,exclude,&data);G_Booleanisc_result;//G_TRUEifintersectionoccuredGV_Obiisc_object;//NULLifnone,otherwisehandleGV_Obiisc_sub_object;//NULLorHandleGV_Geo_faceisc_face;//NULLifnone,otherwisehandlefloatisc_range;//RangetointersectionG_Vector3isc_point;//Pointofintersection可見性裁減視錐細(xì)節(jié)裁剪視錐裁剪遮擋裁剪細(xì)節(jié)裁剪

GPU技術(shù)概述GPUGraphicsProcessingUnitGPU歷史1999年——Geforce256——GPU2001年——Geforce3——可編程2006年——ATI的X1900XTX(R580),NVIDIA的GeForce7900GTX（G71）2006年底——G80

概述GPGPU（GeneralPurposeComputationOnGraphicsHardware）WHYGPGPU？價格性能目標(biāo)：使廉價的GPU能夠被開發(fā)人員更好的作為計算處理器應(yīng)用GPUvs.CPUCPUGPU每次處理單個/組數(shù)據(jù)每次處理一個數(shù)據(jù)流通用功能專用于圖形繪制存儲系統(tǒng)側(cè)重于延時小存儲系統(tǒng)側(cè)重于大吞吐量串行執(zhí)行任務(wù)固有的并行結(jié)構(gòu)GPUvs.CPU“流”計算模型流（Stream）：一組具有相同計算和操作的數(shù)據(jù)紀(jì)錄核心（kernel）：對數(shù)據(jù)流中每個元素進(jìn)行操作的函數(shù)，以一個或多個流作為輸入，產(chǎn)生一個或多個流作為輸出。經(jīng)典的例子：繪制流水線GPU適于計算密集，高并行的計算，GPU設(shè)計了更多的晶體管專用于數(shù)據(jù)處理，而非數(shù)據(jù)高速緩存和流控制GPU與計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)CPU芯片、計算機(jī)主內(nèi)存、顯卡接口和南橋芯片分別連在北橋芯片上由北橋芯片負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)它們之間數(shù)據(jù)的傳輸GPU與計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)圖形連接器（Graphicsconnector）PCI最大132MB/secAGP 最大264MB/secx8（AGP8x）PCIExpress最大8GB/sec（PCI-E16x4G上行，4G下行）GPU與計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)采用PCI-E（16x）總線情況下的各部分帶寬GPU的結(jié)構(gòu)和繪制流程頂點(diǎn)處理部分(VS)Setup&光柵化部分像素（片元）處理部分（PS）GPU的結(jié)構(gòu)和繪制流程頂點(diǎn)處理部分完成頂點(diǎn)變換、光照計算，紋理地址計算等功能VertexTextureFetchGPU的結(jié)構(gòu)和繪制流程三角形設(shè)定器/光柵化部件（3D－>2D）完成圖元組裝、根據(jù)視棱錐和用戶裁剪平面進(jìn)行裁剪、齊次除法、視區(qū)縮放、背向面和視區(qū)剔除、設(shè)置三角形、光柵化處理等功能GPU的結(jié)構(gòu)和繪制流程像素處理部分PixelShaderUnit（PSU像素著色單元）TextureMappingUnit(TMU貼圖單元)rasteroperation(ROP像素結(jié)果輸出處理器)GPU的結(jié)構(gòu)和繪制流程GPU的結(jié)構(gòu)和繪制流程一般3D繪制流程：GPGPU可用資源GPU擅長于什么樣的運(yùn)算？數(shù)據(jù)上平行且獨(dú)立高算法強(qiáng)度 ArithmeticIntensity= o