[发明专利]面向大规模静态场景实时渲染的HLOD预处理方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机虚拟现实技术领域，具体地说是一种面向由多个大数据量模型组成的大规模场景实时渲染预处理方法，用于真实感虚拟环境的绘制。

背景技术

随着三维采集设备和建模技术的不断发展，三维模型的精度越来越高，其数据量也随之迅速增长，对计算机的绘制能力提出了巨大挑战。如何实现由多个大数据量模型组成的大规模场景的实时渲染，是虚拟现实、实时仿真以及交互三维设计等许多重要应用的底层支撑技术，也是计算机图形学本身的一个基础性研究课题。

LOD技术是图形生成加速渲染方法中的一种主要方法。早在1976年，Clark就提出了层次细节(Levels of Detail，LOD)模型的概念(参见Clark J.Hierarchical Geometric Models forVisible Surface Algorithms[A].Communications of the ACM，1976.547-554.)，认为当物体覆盖屏幕较小区域时，可以使用该物体较低分辨率的模型，反之则使用较高分辨率模型，以便对复杂场景进行快速绘制。目前的LOD技术可以分为离散LOD和连续LOD两类。

离散LOD中的模型层次是按照逐渐简化的顺序排列的，相互之间没有外在联系，在绘制时，选择合适的层次进行渲染。离散LOD计算简单，绘制快捷，但其层次有限，因而不能满足多种应用的需求。而由于其剖分粒度过粗，以模型为单位，对于大尺度模型，由于近视点和远视点区域都采用同样的LOD层次，这样就影响了细节性的绘制并造成了额外的绘制开销。

连续LOD就是为了解决这些问题而提出来的，它允许同一个模型上的LOD层次连续变化(参见M.de Berg and K.Dobrindt，“On the Levels of Detail in Terrains”，Technical ReportUU-CS-1995-12，Department of Computer Science，Utrecht University，April 1995.)广泛应用在大型模型和地形模型的浏览中。但连续LOD计算复杂，多数要在网格简化中生成某种记录结构，从而在渲染时根据视点信息进行重建，在提高了绘制视觉效果的同时，也增加了绘制的开销。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向大规模场景实时渲染的HLOD预处理方法，相对于离散LOD提供了较好的细节性绘制；相对于连续LOD又减少了渲染的复杂度，从而满足大规模静态场景实时渲染得需要。

本发明的技术解决方案：面向大规模静态场景实时渲染的HLOD预处理方法，首先进行单模型HLOD(Hierarchical Levels of Detail)的预计算；然后对预计算结果进行存储，根据场景载入所需要的单模型HLOD信息，进行场景HLOD的预计算；最后根据用户指定的误差基于视点对HLOD进行选择和渲染。

所述的单模型HLOD的预计算的方法如下：首先计算单模型的中心和尺寸，根据指定的剖分粒度N进行Octree剖分，剖分停止条件是当前包围盒中的顶点数n≤N，在剖分过程中，父节点保存剖分边界面；然后自底向上建立HLOD结构，并根据设计的HLOD文件格式进行输出存储，加强复用性。

所述的场景HLOD的预计算的方法为：根据场景所需模型，逐个载入建立好的单模型HLOD，对单模型的包围盒进行融合，得到场景包围盒，并进行场景的Octree剖分，剖分的停止条件为当前包围的单模型数目m≤2，从而得到场景模型结构；然后自底向上建立场景HLOD。

所述的根据用户指定的误差基于视点对HLOD进行选择和渲染方法为：根据用户指定的屏幕像素误差N，转化为空间距离误差E，从场景根节点遍历场景Octree和单模型Octree，当HLOD的简化误差e≤E时，选择此HLOD进行渲染。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)由于本发明首先进行单模型HLOD的预计算；然后对预计算结果进行存储，根据场景载入所需要的单模型HLOD信息，进行场景HLOD的预计算；最后根据用户指定的误差基于视点对HLOD进行选择和渲染。因此，相对于离散LOD提供了较好的细节性绘制；相对于连续LOD又减少了渲染的复杂度，预计算结果得到了保留，增加了应用的重用性。