[发明专利]真实感三维场景的体感交互式绘制系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于三维图形绘制技术领域，涉及一种真实感三维场景的体感交互式绘制系统与方法。

背景技术

三维场景绘制通常可以分为离线绘制和实时交互式绘制两种类型。在影视特效制作中，通常使用离线三维场景绘制技术。使用这类技术绘制的三维场景画面非常逼真，但绘制时间一般很长。然而在三维电脑游戏中，则需使用实时交互式绘制技术。目前利用这类技术绘制三维场景画面的速度可以达到实时交互式要求，但画面的真实感往往较差。光线跟踪经常被用在离线三维场景绘制之中，可以绘制出真实感较强的三维场景画面。光栅化技术则常见于实时交互式绘制之中，但该技术对各种复杂的间接光照效果的支持不足。把光线跟踪用于实时交互式绘制之中的难点在于，光线跟踪计算量太大，难以达到实时的绘制速度。随着GPU并行计算设备的出现，充分利用GPU的并行计算能力，可使光线跟踪技术也能满足交互式地绘制三维场景的要求。本发明提供一种系统和方法，基于GPU并行计算技术和Kinect体感传感器，实现对真实感三维场景的体感交互式绘制。基于GPU计算集群，本系统和方法在不同层次上是实现了不同并行粒度的并行光线跟踪绘制。

发明内容

本系统需要的设备：Kineet体感传感器101、控制与显示计算机102、网络交换机103和n个GPU计算结点，n＝2^k，k为大于0的整数；GPU计算结点是软硬件配置完全相同的安装有英伟达GPU的计算机；Kinect体感传感器101直接连接到控制与显示计算机102；控制与显示计算机102和所有GPU计算结点通过网络交换机103相互连接在一起；图1示出了四个GPU计算结点，分别是GPU计算结点A104、GPU计算结点B105、GPU计算结点C106和GPU计算结点D107，GPU计算结点A104、GPU计算结点B105、GPU计算结点C106和GPU计算结点D107都通过网络交换机103和控制与显示计算机102相连接。

本方法涉及一种数据结构BLOCK，数据结构BLOCK包含起始行号I1、结束行号I2、起始列号C1和结束列号C2共四个成员变量。

本方法的实现步骤：

Step001：启动安装在控制与显示计算机102上的交互式绘制控制程序A001；令变量STATE＝0；

Step002：利用交互式绘制控制程序A001，将三维场景模型文件A002通过网络从控制与显示计算机102传送给各个GPU计算结点，使各个GPU计算结点中各有一份三维场景模型文件A002的拷贝；利用交互式绘制控制程序A001，将初始虚拟相机参数配置文件CPAR通过网络从控制与显示计算机102传送给各个GPU计算结点，使各个GPU计算结点中各有一份初始虚拟相机参数配置文件CPAR的拷贝；初始虚拟相机参数配置文件CPAR描述了绘制三维场景时使用的虚拟相机的参数；

Step003：启动安装在各个GPU计算结点上的光线跟踪绘制程序A003，加载三维场景模型文件A002，并根据初始虚拟相机参数配置文件CPAR的内容设置光线跟踪绘制程序A003的虚拟相机参数；

Step004：如果收到停止绘制命令，转步骤Step011，否则执行如下操作：

利用交互式绘制控制程序A001把绘制三维场景时使用的虚拟相机的整个画面像素区域分为n块，把每块视为一个画面像素子区域，n个画面像素子区域与n个GPU计算结点一一对应，所有画面像素子区域拼接在一起即构成完整的虚拟相机的画面像素区域；针对每个画面像素子区域A004，利用交互式绘制控制程序A001创建一个数据结构BLOCK类型的变量A005，把变量A005的起始行号I1成员变量赋值为像素子区域A004对应的画面像素起始行号，把变量A005的结束行号I2成员变量赋值为像素子区域A004对应的画面像素结束行号，把变量A005的起始列号C1成员变量赋值为像素子区域A004对应的画面像素起始列号，把变量A005的结束列号C2成员变量赋值为像素子区域A004对应的画面像素结束列号；把每个画面像素子区域A004对应的数据结构BLOCK类型的变量A005通过网络传送给每个画面像素子区域A004对应的GPU计算结点的光线跟踪绘制程序A003；

Step005：对n个GPU计算结点中的每个GPU计算结点A006，并行地执行如下操作：