[发明专利]基于流程工厂参数模型的复杂场景快速绘制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及复杂场景快速绘制技术领域，特别涉及一种基于流程工厂参数模型的复杂场景快速绘制方法及系统。

背景技术

校审作为流程工厂设计质量控制体系中的一个重要环节，审核人员经常需要通过交互式漫游对整个三维模型进行设计审查，以便及时发现和报告模型中存在的设计错误，并提交给相关专业的设计人员进行修改。目前国外著名的工厂设计CAD软件，如PDS、PDMS等虽然都提供了漫游功能，但只对规模较小的模型才有较好的效果，而且这些工厂设计CAD系统大都在工作站上运行。一方面，我国大部分的设计院所由于经济实力原因，在工作中大多使用的是普通PC机，性能有限。另一方面，随着协同设计技术被越来越多地应用于一些大规模流程工厂模型的设计之中，流程工厂三维模型的规模和复杂度快速增加，具有几百兆甚至上千兆面片的模型已较常见。总之，流程工厂模型数据的增长速度已经超过了硬件性能的增长速度。因此，研究大规模流程工厂模型的快速绘制方法，使校审人员可以在普通PC机上对大规模流程工程模型进行漫游，对于提高模型校审人员的工作效率、保障设计任务按时完成具有重要的意义和市场价值。

对于大规模复杂场景的快速绘制而言，为了提高人机交互的实时性，要在保证场景真实感的前提下尽可能地减少需要绘制的面片数量，视域剔除、层次细节、背向面剔除都是行之有效的方法。

视域剔除主要是用于剔除位于视域体外的物体。在应用程序阶段使用视域剔除技术主要是为了减少送入图形绘制管线的数据复杂度，这意味着几何阶段和光栅阶段都可以从中受益。为加速判断计算，往 往将场景组织成层次状结构，将物体的包围盒与视域进行空间求交计算，以快速剔除完全在视域外的物体；而对于其包围盒与视域边界相交的物体，则以逐步求精方式进行进一步的考察。然而目前的视域剔除针对的是点模型或面片模型，没有针对参数模型，也没有利用流程工厂参数模型的特点进行优化。

通常，层次细节法可以分为静态层次细节法和动态层次细节法。静态层次细节法实现简单，简化计算都是在预处理过程进行，可以减少实时绘制的计算开销，因此得到了广泛应用。然而静态层次法存在如下问题：1.需要预处理时间；2.多个细节模型占用大量的存储空间；3.不同细节模型切换时，会出现抖动现象；且切换数据量较大时，内外存的交互成为瓶颈，出现丢帧；4.当改变某个对象的属性，比如改变材质或者纹理，无法及时反应到所有细节模型。动态层次细节法能够避免上述问题，但会增加实时绘制的计算开销，影响绘制的实时性。

背面剔除主要用于剔除那些背向视点的面片。对于正投影，通常场景中大约一半左右的多边形会被剔除掉。对于透视投影，背向面的比例会随着视点与场景物体距离缩短而增高。背面剔除计算主要是根据面片的法向来进行。基于单个多边形的背向面剔除已经由硬件支持实现，但是这通常是在绘制管线后期阶段实现的。如果CPU通过简单的一个测试就能判定一组多边形为背向面就能获得额外的加速效果，因此产生了聚集背面裁减技术。然而背面裁减技术同样需要增加额外的计算开销，且计算成本是影响背面裁减效率的关键。

由于流程工厂模型的复杂性与特殊性，目前没有一种公开的快速绘制方法专门针对流程工厂模型，利用模型的特点，综合运用视域剔除、层次细节、背向面剔除等技术进行快速绘制，以满足流程工厂模型的漫游需求。因此，需要一种基于流程工厂模型的复杂场景快速绘制技术，使大规模流程工厂模型能在普通PC机上实现实时漫游。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种基于流程工厂参数模型的复杂场景快速绘制方法。

(二)发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于流程工厂参数模型的复杂场景快速绘制方法，包括预处理步骤：解析流程工厂的参数模型，构建场景树，预处理体元的多分辨率模型，预先装填位于显存的顶点缓冲；渲染步骤：使用视域剔除、动态层次细节选择及背向面剔除技术进行图形绘制，具体来说，预处理步骤包括以下步骤：

S1：解析流程工厂参数模型，得到该模型所包含的对象，对象包含的体元及各体元的参数信息；

S2：构建基于八叉树结构的场景树，场景树中以对象为基本组织单元，以包围盒层次组织八叉树；

S3：基于体元的剖分数，形成不同分辨率的细节模型，保证低分辨率模型所使用顶点是高分辨模型所使用顶点的子集，将各体元最高分辨率模型的顶点数组、法向数组、纹理数组送入显存；

S4：基于所述场景树的包围盒层次进行视域剔除；

S5：基于体元中的视点动态选择体元要使用的细节模型；