大型三維網格模型多分辨率構建與繪制.pdf

1、隨著三維掃描、計算機輔助設計和科學仿真等技術的發(fā)展和應用需求的拉動，包含上千萬甚至數(shù)十億幾何圖元的三維網格模型變得十分普遍，如何實現(xiàn)這些模型的交互式繪制成為迫切需要解決的難題。多分辨率技術作為一種非常有效的繪制加速技術，一直得到廣泛的應用。但是對于大型三維網格模型而言，這種技術的設計和實現(xiàn)本身存在諸多難點。受限于內存容量，網格模型的幾何數(shù)據及其輔助數(shù)據結構不能完全裝載進內存，無法直接應用傳統(tǒng)的多分辨率構建與繪制算法；受限于總線帶寬和CP

2、[J處理能力，大型三維網格模型的多分辨率構建普遍耗時很長。本文在深入研究近年來大型三維網格模型簡化和多分辨率技術的基礎上，通過分析比較各種方法的關鍵思想及其優(yōu)缺點，提出并實現(xiàn)了能夠有效減少大型三維網格模型多分辨率構建時間的并行構建算法，以及兼顧構建速度和繪制質量的大型三維網格模型多分辨率構建與繪制算法，研究并實現(xiàn)了適用于拓撲復雜、局部深度相差較大模型的大型三維網格模型多分辨率構建與繪制算法，最后把上述成果擴展到網格(Grid)環(huán)境上。本

3、文的貢獻和創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下四個方面：
　　 1．針對基于外存八叉樹的大型三維網格模型多分辨率構建算法，提出了基于子樹的任務分割策略和基于基準測試的動態(tài)構建任務管理機制，實現(xiàn)大型三維網格模型的多分辨率并行構建和負載平衡，有效地提高了大型三維網格模型的多分辨率構建速度。
　　 2．完成了基于自適應空間聚類的大型三維網格模型多分辨率構建與繪制算法，既提高了簡化質量，又保持了空間聚類算法的高效性。本文采用適應性八叉樹對模型的

4、包圍盒進行劃分，自頂向下構建模型的多分辨率層次結構，較好地保持了原模型的細節(jié)分布；并對多分辨率層次結構中每個節(jié)點所包含的三角形片段進行網格排布優(yōu)化，降低緩存的平均失配率；在實時繪制時，采用基于視點的細節(jié)層次選擇策略進行模型的細化，以及通過數(shù)據預取機制來隱藏磁盤I/O延時，進一步提高繪制性能。
　　 3．完成了基于表面分割的大型三維網格模型多分辨率構建與繪制算法，提供最精細的頂點粒度細化選擇，保證最佳的繪制質量。該算法采用雙層次結

5、構，由漸進網格簇來表示模型的簇層次結構，用于視點相關的粗粒度細化，而由簇節(jié)點內漸進網格構建頂點樹層次結構，用于精細粒度的局部細化。本文采用GPU實現(xiàn)漸進網格頂點樹的視點相關并行細化，極大地提高了模型的局部細化速度，減輕了CPU的負載，使其能夠在GPU進行局部細化時并行執(zhí)行數(shù)據的預取，從而更為有效地隱藏數(shù)據的I/O延遲。
　　 4．在前期的交互式可視化網格(Grid)系統(tǒng)的實現(xiàn)基礎上，通過擴展其運行時環(huán)境層，為大型三維網格模型的多