专题-三维游戏场景的组织和绘制.ppt

三维游戏场景的组织与绘制 内容 问题 三维场景的组织与管理 游戏场景的几何优化 三维场景的快速可见性判断与消隐 地形的绘制与漫游 三维场景中的碰撞检测 问题：CPU与GPU的通讯 渲染场景或物体时,需要将其信息由CPU传送的GPU： 场景包含 1M 三角形，渲染速度30 FPS. 每个三角形包含3个顶点 每个顶点包含三个坐标 (float类型的坐标点4字节) 每个三角形 36 bytes(还不包含纹理坐标、法向量等其他信息) 需要传输: 1M x 30 x 36 bytes/sec= 1080 MB/sec 问题：CPU与GPU的通讯 ISA - PCI- AGP - PCI-Express 三维场景的组织与管理 场景图（有向 循环图，DAG） 三维场景的组织与管理 三维场景的组织与管理 三维场景的组织与管理 基于状态绘制的场景管理 场景物体按照绘制状态分类（纹理、材质、光照、融合等） 避免状态的频繁切换 多重绘制时（光源、阴影、多重纹理）面临的问题： 物体为单位管理？一次性完成物体的绘制 状态为单位管理？一个物体需要绘制多次 三维场景的组织与管理 基于场景包围体的场景组织 包围球树 AABB（Axis Aligned Bounding Box） OBB(Oriented Bounding Box) K-DOP(Disceted Orientation Polytype) 8-DOP +45, -45, +90, -90, +135, -135,+180, -180 与DAG结合使用 也常用于碰撞检测 三维场景的组织与管理 BSP树 预处理的排序方法，油画家方法 构造时间较长，通常以预处理方式进行 通常需要剖分多边形，增加了多边形数量 不太适合动态场景 四叉树、八叉树 三维场景的组织与管理 场景包围体与场景剖分技术比较 游戏场景的几何优化 层次细节技术（LOD-Level of Detail） 简单取舍型LOD：不绘制投影尺寸小的物体，模型的出现和消失造成跳跃感，造成视觉失真 平滑过渡型LOD：淡入淡出，适用于模拟小的植被、装饰物和家具等 静态LOD：预计算同一个物体的多个不同精度版本，同样需要解决过渡中的跳跃现象 雾化、融合 动态LOD：几何变形算法是否高效 基于顶点删除、基于边删除、基于面删除 三维场景的快速可见性判断和消隐 GPU的两个衡量指标 峰值三角形/定点处理速度 填充速度（像素处理速度） GeForce 7800, 填充速度 13.2 billion pixels/sec，顶点处理速度 1.1 billion vertices/sec. 考虑填充速度，每个像素可以处理335次（z-buffer填充）: 13.2B/(1280 x 1024 x 20) = 335 times. 理论上讲，可以满足应用，但我们仍需要可见性判断避免重复填充。 三维场景的快速可见性判断和消隐 物体空间 利用场景剖分技术确定物体在空间的分布情况、以聚类的方式加速判断 图像空间 利用当前已绘制的场景决定可见部分 时域空间 利用相邻域可见部分的连贯性加速可见部分的判断 三维场景的快速可见性判断和消隐 物体层 二叉树、八叉树 入口技术 潜在可见集 单物体分类 顶点层 背面剔除（Back-face culling，OpenGL支持） 视域剔除（View frustum culling） 遮挡剔除（Occlusion culling） 像素层 深度缓冲消隐、层次缓冲消隐、时空连贯性 三维场景的快速可见性判断和消隐 基于入口技术的可见性判断(p102) eye-to-cell eye-to-region eye-to-object 三维场景的快速可见性判断和消隐 潜在可见性集合（PVS） cell-to-cell 三维场景的快速可见性判断和消隐 以下问题需要综合考虑: 保守 (bounding volume) vs 精确 实时在线 vs 预处理 vs 两者综合 物体空间 vs 图像空间 vs 时间 静态场景 vs 动态场景 视点相关 vs 视点无关 软件实现 vs 硬件实现 场景特性 (indoor) vs “non-structural” (outdoor) 三维场景的快速可见性判断和消隐 可见性判断的一种综合方法 cell-based culling -》determine those cells(regions) whose objects are relevant for rendering, and those cells whose objects can be represented simply as a texture to be rendered. select the appropriate level-of-details