Graphics 版 (精华区)

发信人: killest (victor), 信区: Graphics
标  题: 三维复杂模型的实时动态显示(2)
发信站: 紫 丁 香 (Sat Apr 25 14:20:23 1998), 转信

     基于这一点,为了更好地实现三维复杂模型的实时动态显示,则将
三维物体用多种不同的精度表示(如用精确模型和简单模型两种不同
的精度表示),并根据观察点位置的变化而选择不同精度的模型予以绘
制,就成为非常有效的手段之一。这种方法常称为LOD(Level ofDeta 
ils)技术。
    在动态显示时,可以根据两种不同的判断来选取模型。一是距离
判断,即根据观察点与某物体间距离的远近来选择模型;二是屏幕象素
判断,即根据某物体的图像在屏幕上所占据的象素数来选取模型。两
种或多种不同模型的选择可以用静态或动态的方式进行。静态方式是
指预先设置好有关距离或象素的阈值,当实时动态显示时,即按此选择
模型;动态方式是指在保证实现实时动态显示(如每秒钟产生10帧图像
)的前提下,动态地确定阈值并选取模型,以求得较高的图像质量。显
而易见,动态方式选择模型的实现比静态方式要复杂得多。
    构造一个物体的多种不同精度的模型并非易事。由于常用软件所
构造的物体模型或者用科学计算可视化技术产生的模型往往是比较精
确的复杂模型,因此,复杂模型的简化技术已成为近年来研究的一个热
门课题。
    复杂模型的简化技术可以分为两类。一类是几何简化。例如,让
多个相邻的共面或几乎共面的三角形合并为一个多边形,将一个厚度
很小的六面体(如建筑物中的窗户)用一个两面均可见的平面片来代替
等。有的几何简化算法可以保持简化结果在拓扑结构上的一致性,有
的则不能,并允许在简化结果中存在着非正则形体。在预处理中,生成
复杂模型的多精度表示,尽管可以提高动态显示的实时性,但是需要更
多的存储空间,并且,在不同精度间切换时还会引起视觉上的突跳感。
 为了克服这一缺点,又提出了复杂模型多精度表示的实时生成和切换
,取得了较 好的实时动态显示效果。
    基于这一点,为了更好地实现三维复杂模型的实时动态显示,则将
三维物体用多种不同的精度表示(如用精确模型和简单模型两种不同
的精度表示),并根据观察点位置的变化而选择不同精度的模型予以绘
制,就成为非常有效的手段之一。这种方法常称为LOD(Level ofDeta 
ils)技术。
    在动态显示时,可以根据两种不同的判断来选取模型。一是距离
判断,即根据观察点与某物体间距离的远近来选择模型;二是屏幕象素
判断,即根据某物体的图像在屏幕上所占据的象素数来选取模型。两
种或多种不同模型的选择可以用静态或动态的方式进行。静态方式是
指预先设置好有关距离或象素的阈值,当实时动态显示时,即按此选择
模型;动态方式是指在保证实现实时动态显示(如每秒钟产生10帧图像
)的前提下,动态地确定阈值并选取模型,以求得较高的图像质量。显
而易见,动态方式选择模型的实现比静态方式要复杂得多。
    构造一个物体的多种不同精度的模型并非易事。由于常用软件所
构造的物体模型或者用科学计算可视化技术产生的模型往往是比较精
确的复杂模型,因此,复杂模型的简化技术已成为近年来研究的一个热
门课题。
    复杂模型的简化技术可以分为两类。一类是几何简化。例如,让
多个相邻的共面或几乎共面的三角形合并为一个多边形,将一个厚度
很小的六面体(如建筑物中的窗户)用一个两面均可见的平面片来代替
等。有的几何简化算法可以保持简化结果在拓扑结构上的一致性,有
的则不能,并允许在简化结果中存在着非正则形体。在预处理中,生成
复杂模型的多精度表示,尽管可以提高动态显示的实时性,但是需要更
多的存储空间,并且,在不同精度间切换时还会引起视觉上的突跳感。
 为了克服这一缺点,又提出了复杂模型多精度表示的实时生成和切换
,取得了较 好的实时动态显示效果。

    1.图像镶嵌(Mosaic)技术
    在三维场景中,选定某一观察点设置摄像机。每旋转一定的角度,
便摄入一幅图像,并将其存储在计算机中。在此基础上实现图像的拼
接,即将物体空间中同一点在相邻图像中对应的象素点对准。对拼接
好的图像实行切割及压缩存储,形成全景图。用户从存储介质中调出
全景图即可形成对三维复杂场景的漫游。但这时,只能在所设定的观
察点的位置上对三维场景进行漫游。如果要换一个观察点,必须再重
新摄取一组图像构成全景图。尽管这样,当改变观察点进行漫游时,仍
会出现图像的跳跃。目前,苹果公司推出的可在Power PC上运行的Qui
 ckTime VR软件就是采用了这一方法。
    图像镶嵌方法的优点是可由摄像机获取三维场景,不需要进行几
何造型,但需较大的存储空间。其缺点也是显然的,即场景本身必须是
静态的,而且在漫游时,观察点及观察方向受到了严格的限制,这是因
为不可能做到对于任意的观察点都拍摄一组图像存放在计算机中。
    2.图像插值及视图变换技术
    近年来,为了解决图像镶嵌技术中只能在原图像摄取点进行漫游
这一问题,正在研究如何在不同图像之间进行插值或在不同视图之间
进行插值,以生成新的视图的方法。其基本思路是:在不同的观察点取
得三维场景或某一物体的多幅图像,交互地给出或自动求出每两幅图
像之间的对应点,再用图像插值或视图变换的方法求出该物体对应于
其它观察点的图像。这时,需要解决图像插值时可能出现的空洞或重
叠等问题。
    熟悉计算机图形学的读者可能已了解,在将几何模型转变为屏幕
图像的过程中,我们需要解决隐藏面和隐藏线消除、光照强度计算及
由物体空间到图像空间的投影等三个问题,而在基于图像的实时动态
显示中,当需要由已知图像产生其它图像时,同样需要解决以上三个问
题,也就是如何确定在不同的已知图像中同一物体的对应点,并找到它
在所求图像中的位置,如何求出该点应有的光亮度值以及如何在所求
图像中正确反映出物体之间的前后关系。目前, 我们的研究工作正是
围绕这些问题进行的,并仍然有不少问题需要我们进一步研究。
    四、结束语
    三维复杂模型的实时动态显示技术为人们提供了一个在计算机上
从任意视点及方向实时观察三维模型的手段,使我们可以更全面、更
迅速地了解感兴趣的物体和对象。因而,可广泛应用于飞行模拟及训
练、作战模拟及训练、建筑物内外的漫游、外科手术及治疗方案的模
拟等领域,同时,也是虚拟现实技术的重要基础,具有广泛的应用前景
。
    如果说几年前只能在价格昂贵的高档图形工作站上才能实现三维
复杂模型的实时动态显示,而使不少用户望而生畏的话,那么,随着计
算机软硬件技术的发展,如今,这一技术已经可以在配有高速图形卡的
高档微机上实现了,其价格则便宜得多。当然,对于高度复杂的三维模
型的实时动态显示还得依赖于高档图形工作站。为了与微机竞争,中
低档图形工作站的价格也在迅速降低,实现三维复杂模型的实时动态
显示已经不是那么困难了。随着应用需求的不断扩展及计算机性能价
格比的不断提高,三维复杂模型实时动态显示技术的研究、开发及应
用必将在我国得到迅速的发展。
    本版责任编辑 郭平



--

                  oo                                                 
         il    bb    yy   il      ..... 与尔同消万古愁               
        i    bbb  ll  yyy   i                                        
     iii       bb    yy      iii                                     
                  oo                                                 

※ 来源:．紫 丁 香 bbs.hit.edu.cn．[FROM: victor.hit.edu.c]