基于圖形與圖像的混合繪制技術(shù)

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1、（西安虛擬現(xiàn)實(shí)工程技術(shù)研究中心，西安:&"":!）;<()2=：>)0=20*?>)0*@A)>BB$CB($C0摘要隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，對基于圖形與圖像的混合繪制技術(shù)提出了越來越高的要求?；趫D形與圖像的混合繪制技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)、動態(tài)仿真、實(shí)時(shí)可視化、高品質(zhì)動畫等越來越多的圖像、圖形應(yīng)用技術(shù)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。該文對各種基于圖形與圖像的混合繪制技術(shù)進(jìn)行分類綜述、研究和展望。關(guān)鍵詞基于圖像的繪制（’,/）混合繪制分布繪制實(shí)時(shí)圖形生成虛擬現(xiàn)實(shí)文章編號&""!<%##&<（!""#）"%<"&"&<"D文獻(xiàn)標(biāo)識碼5中圖分類號EF8&&$:

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5、=1+)=2GA引言隨著虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大及應(yīng)用內(nèi)容的復(fù)雜化，尤其近兩年網(wǎng)絡(luò)圖形技術(shù)的高速發(fā)展，真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制技術(shù)的需求急劇增加。因此研究并采用一些可以應(yīng)用在現(xiàn)有通用計(jì)算機(jī)平臺上，高效的圖形繪制算法以進(jìn)一步加速對復(fù)雜場景和造型的繪制；解決繪制算法在速度、質(zhì)量及場景復(fù)雜度之間越來越突出的矛盾，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域一個(gè)非常重要的課題。概括起來，圖形繪制技術(shù)可以歸為兩類：基于幾何造型的繪制和基于圖像的繪制（’()*+,)-+./+0.+120*，’,/）傳統(tǒng)的圖形繪制技術(shù)是采用光線跟蹤、輻射度等模擬自然光照物理過程的方

6、法在計(jì)算機(jī)上生成照片般真實(shí)感結(jié)果的圖形處理過程。它的特點(diǎn)是基于幾何景物模型而繪制，計(jì)算量龐大，難以在普通計(jì)算平臺上實(shí)時(shí)處理。為了解決這一技術(shù)問題，人們提出了基于圖像的繪制方法（’,/）。’,/是指通過一組預(yù)先獲得的圖像，而不是用三維模型來編碼一個(gè)場景，并且通過適當(dāng)組合這些圖像來產(chǎn)生場景的新視圖，以完成繪制工作。從已知的圖像中合成新視圖的’,/方法引起了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺界中有關(guān)研究人員的普遍興趣，并且在全世界范圍內(nèi)形成了’,/的研究熱潮。與傳統(tǒng)的基于模型的繪制方法相比，’,/方法有以下優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算量適中；獨(dú)立于場景復(fù)雜度；滿

7、意的繪制質(zhì)量。作為已知的源圖像不僅可來自于繪制系統(tǒng)，也可從真實(shí)環(huán)境中捕獲，因此可以反映更加豐富的明暗、顏色、紋理等信息并且計(jì)算開銷都是一樣的。&在3’44/5678%和88國際圖形學(xué)會議上，基于圖形與圖像的混合繪制技術(shù)已被列為了重點(diǎn)的研究論題，各國的研究者正從基于幾何繪制算法的改進(jìn)、基于圖像的繪制、混合繪制等多個(gè)方面試圖解決這一難題。!基于幾何繪制算法的改進(jìn)從圖形繪制算法誕生以來，不斷改進(jìn)算法的性能就一直是研究者努力的目標(biāo)。由于光線跟蹤的求交計(jì)算與場景復(fù)雜度相關(guān)，當(dāng)景物表面數(shù)量大時(shí)，光線與景物的求交測試將耗費(fèi)大量的時(shí)間。實(shí)際上，

8、一條光線與場景中物體的相交次數(shù)是很少的通過對景物的空間劃分可以將場景所在空間分割成若干均勻或非均勻的網(wǎng)格，使光線只與它所穿過的網(wǎng)格單元所含的景物表面求交，利用網(wǎng)格的連續(xù)性使光線與景物的求交次數(shù)減少從而能有效地提高繪制速度。目前幾何繪制經(jīng)常采用的八叉樹光線跟蹤就是