您现在的位置:融合网首页 > 芯片 > 其他 >

3D图形芯片及3D图像生成算法的原理分析

来源:微型计算机 作者:董社勤 石教英 责任编辑:admin 发表时间:2011-02-03 21:14 
核心提示:将多边形表示的物体显示到计算机屏幕上,这一过程涉及物体在计算机内部的表示方式即物体的数据结构,由物体组成的场景的组织结构,物体从场景到屏幕空间要经过的一系列变换,以及产生最终屏幕图象要经过的一系列光栅化处理。

一、引言

3D芯片的处理对象是多边形表示的物体。用多边形表示物体有两个优点:首先是直接(尽管繁琐),多边形表示的物体其表面的分段线性特征除轮廓外可以通过明暗处理(shading)技术消除;其次是仅存储多边形顶点的几何信息,多边形内部每个象素的明暗颜色计算所需的信息由这些顶点信息插值而来,这正是易于用图形硬件支持的快速明暗处理技术。支持多边形绘制的图形硬件同样也可以绘制由双三次曲面片表示的物体,通过对这种物体的表面进行三角剖分,用逼近的三角形网格代替原物体的曲面表示就可以做到这一点。当然,用多边形表示物体也有其缺点,如增加了纹理映射和阴影生成的难度,当需要详细表示复杂物体时所需的三角形数量将变得非常庞大。

将多边形表示的物体显示到计算机屏幕上,这一过程涉及物体在计算机内部的表示方式即物体的数据结构,由物体组成的场景的组织结构,物体从场景到屏幕空间要经过的一系列变换,以及产生最终屏幕图象要经过的一系列光栅化处理。这些方面都涉及到特定的处理算法,相应的算法又有许多不同的变种。下面仅就3D芯片涉及的图形处理过程及相关算法做一简单分析介绍,这些是理解3D图形处理及图形硬件的基础。

二、3D物体的表示法

具有复杂外形的物体其表面可以由多边形面片来近似表示。以图1的圆柱为例,其柱面可以由2N个三角形近似,其两端可以由两个N边形来近似。多边形模型在其轮廓上的分段线性特征是这一表示法主要的视觉缺陷,改进的唯一途径是增加多边形的分辨率。对于一个复杂形体来说,为了充分表示其细节,常常要用到十万个以上的多边形。这将耗费许多数据库访问时间和绘制时间。当将多边形模型进行放大处理时,会产生连接问题。这就是所谓的“几何走样”。物体的多边形表示既可以通过交互设计人工提取,也可以通过激光扫描设备得到。总之,多边形表示的物体并不特别适合于交互操作或做自由的形状改变。当改变物体的形状时很难保证多边形表示的完整性得到保持。

对多边形明暗着色所需要的信息存储在一个分层的数据结构中,每一个物体表面由指向多边形表的指针定义,该多边形表包含了近似该表面的一组多边形,每一个多边形由指向顶点表的指针定义,顶点表包含了每个多边形的所有顶点。具体来说需要为每个多边形存储以下信息:

1、多边形的顶点表,每一个顶点是一个三维坐标,该坐标定义在创建该物体时的局部坐标系中。

2、顶点的法向量表,这是明暗处理算法所要求的信息。向量由同一局部坐标系中的三分量表示。

3、多边形的法向量,它是包含该多边形的平面的真正的几何法向量。这是背面删除操作所需要的信息。

绘制多边形物体的传统方法是将多边形作为独立的绘制实体,这样多边形之间的共享边就要被处理两次。为避免这种情况,可采用基于边的绘制方法,这时多边形的表示是基于多边形的边而不是多边形本身。基于边的方法意味着绘制过程的组织要采用基于扫描线的算法,基于扫描线的算法将同时处理与当前扫描线相交的所有多边形。这时存储器中能存储的可被同时处理的多边形的最大数目将成为可绘制的场景复杂度的上限。使用全屏Z-buffer并将扫描线算法局限在物体所包含的多边形上就可以解决这一问题。

三、坐标系统

绘制过程的几何处理部分可被看成应用一系列的坐标变换将物体数据库变换到一系列的坐标系下,这些坐标系对所有绘制系统都是公用的,是理解3D图形学的基础。用计算机生成图象的一系列基本操作与绘制过程要经历的一系列空间即坐标系有关。随着绘制过程的进行处理将从一个空间进入下一个空间。已完整地建立起描述这些变换的方法。在对物体实施变换时希望对顶点和顶点的法向量使用相同的变换矩阵。事实上,当变换在所有方向并不相同时,顶点法向量必须采用不同的变换矩阵。由于单位法向量经过变换之后其长度不一定仍保持不变,因而必须对其进行重新单位化处理(单位法向量是光照计算所要求的)。(责任编辑:admin)

  • “扫一扫”关注融合网微信号

免责声明:我方仅为合法的第三方企业注册用户所发布的内容提供存储空间,融合网不对其发布的内容提供任何形式的保证:不保证内容满足您的要求,不保证融合网的服务不会中断。因网络状况、通讯线路、第三方网站或管理部门的要求等任何原因而导致您不能正常使用融合网,融合网不承担任何法律责任。

第三方企业注册用户在融合网发布的内容(包含但不限于融合网目前各产品功能里的内容)仅表明其第三方企业注册用户的立场和观点,并不代表融合网的立场或观点。相关各方及作者发布此信息的目的在于传播、分享更多信息,并不代表本网站的观点和立场,更与本站立场无关。相关各方及作者在我方平台上发表、发布的所有资料、言论等仅代表其作者个人观点,与本网站立场无关,不对您构成任何投资、交易等方面的建议。用户应基于自己的独立判断,自行决定并承担相应风险。

根据相关协议内容,第三方企业注册用户已知悉自身作为内容的发布者,需自行对所发表内容(如,字体、图片、文章内容等)负责,因所发表内容(如,字体、图片、文章内容等)等所引发的一切纠纷均由该内容的发布者(即,第三方企业注册用户)承担全部法律及连带责任。融合网不承担任何法律及连带责任。

第三方企业注册用户在融合网相关栏目上所发布的涉嫌侵犯他人知识产权或其他合法权益的内容(如,字体、图片、文章内容等),经相关版权方、权利方等提供初步证据,融合网有权先行予以删除,并保留移交司法机关查处的权利。参照相应司法机关的查处结果,融合网对于第三方企业用户所发布内容的处置具有最终决定权。

个人或单位如认为第三方企业注册用户在融合网上发布的内容(如,字体、图片、文章内容等)存在侵犯自身合法权益的,应准备好具有法律效应的证明材料,及时与融合网取得联系,以便融合网及时协调第三方企业注册用户并迅速做出相应处理工作。

融合网联系方式:(一)、电话:(010)57722280;(二)、电子邮箱:2029555353@qq.com dwrh@dwrh.net

对免责声明的解释、修改及更新权均属于融合网所有。

热门关键字

关于我们 - 融合文化 - 媒体报道 - 在线咨询 - 网站地图 - TAG标签 - 联系我们
Copyright © 2010-2020 融合网|DWRH.net 版权所有 联系邮箱:dwrh@dwrh.net 京公网安备 11011202002094号 京ICP备11014553号