本文關(guān)鍵詞：精細(xì)三維空間數(shù)據(jù)交互可視化研究

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【摘要】：無(wú)論是三維激光掃描儀采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，還是點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理獲取的深度圖像、三角網(wǎng)模型等空間數(shù)據(jù)均具有數(shù)據(jù)量巨大的特點(diǎn)，面對(duì)這些海量數(shù)據(jù)，普通的渲染方法遇到瓶頸。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文采用DirectX11作為圖形渲染引擎，對(duì)GPU進(jìn)行高級(jí)編程開(kāi)發(fā)，利用GPU的強(qiáng)大的圖形渲染能力和并行計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線(xiàn)、球、圓柱、梯形體、點(diǎn)云、深度圖像和三角網(wǎng)模型等幾種空間數(shù)據(jù)的瀏覽和交互拾取。 本文首先研究了利用HLSL和Shader Model5.0開(kāi)發(fā)GPU著色程序，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模點(diǎn)云、深度圖像和三角網(wǎng)模型等空間數(shù)據(jù)的渲染；在幾何著色器中實(shí)現(xiàn)billboard算法，繪制始終面向用戶(hù)的十字絲；利用DirectX11新添加的曲面細(xì)分技術(shù)，在硬件上將立方體細(xì)分成球和圓柱，利用Instancing技術(shù)實(shí)現(xiàn)“一次數(shù)據(jù)提交，多次渲染”，節(jié)省了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)空間，提高了渲染質(zhì)量和效率。 然后設(shè)計(jì)了一個(gè)相機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的交互瀏覽。根據(jù)模型的外包圍盒，計(jì)算外包圍球，設(shè)置相機(jī)位置，，開(kāi)發(fā)了模型的基于A(yíng)rcball旋轉(zhuǎn)、定點(diǎn)縮放、平移以及視圖變換、投影變換和重置旋轉(zhuǎn)中心等交互瀏覽功能。 其次對(duì)基本幾何實(shí)體、點(diǎn)云和三角網(wǎng)模型等空間數(shù)據(jù)的交互拾取技術(shù)進(jìn)行了深層次地探究。本文提出一種基于屏幕空間的拾取算法，進(jìn)行點(diǎn)云的點(diǎn)選，并將該算法移植到Direct3D11新引入的計(jì)算著色器中，利用GPU的強(qiáng)大并行計(jì)算能力加速點(diǎn)云的點(diǎn)選，速度提升2~3倍；采用Win32的GDI繪制二維的選擇框，依據(jù)基于屏幕空間的拾取算法，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云和三角網(wǎng)模型的框選功能；采用經(jīng)典的射線(xiàn)拾取算法，實(shí)現(xiàn)三角網(wǎng)模型單個(gè)面片的選擇和實(shí)體的選擇。 最后將C++/CLI的WindowsForm和DXUT渲染架構(gòu)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出一個(gè)交互可視化平臺(tái)，WindowFrom的優(yōu)勢(shì)在于能夠快速簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)出華麗的界面，而DXUT已經(jīng)實(shí)現(xiàn)窗口創(chuàng)建、設(shè)備創(chuàng)建、窗口事件處理和設(shè)備事件控制等工作，利用DXUT架構(gòu)能提高開(kāi)發(fā)的效率。并將開(kāi)發(fā)的交互可視化平臺(tái)與兩個(gè)商業(yè)軟件：Cyclone v6.0.3和GeomagicStudio12，在點(diǎn)云和三角網(wǎng)模型渲染效果、支持渲染的最大數(shù)據(jù)量和交互拾取的速度三個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，分析平臺(tái)的優(yōu)越性和存在的缺陷。
【關(guān)鍵詞】：空間數(shù)據(jù) DirectX11 GPU 可視化 拾取
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：P208
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目錄6-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 論文研究的背景及意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 可視化研究進(jìn)程10-11
• 1.2.2 可視化渲染管線(xiàn)11-13
• 1.2.3 DXUT 可視化架構(gòu)13-14
• 1.3 論文的研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)14-16
• 第2章 精細(xì)三維空間數(shù)據(jù)的渲染原理16-31
• 2.1 點(diǎn)標(biāo)記的渲染16-18
• 2.1.1 Billboard 技術(shù)16-17
• 2.1.2 十字絲繪制的 Shader 實(shí)現(xiàn)17-18
• 2.2 包圍盒的渲染18-19
• 2.3 基本幾何體的渲染19-26
• 2.3.1 光照19-20
• 2.3.2 梯形體的渲染20-21
• 2.3.3 球和圓柱的渲染21-23
• 2.3.4 球和圓柱曲面細(xì)分的 Shader 實(shí)現(xiàn)23-25
• 2.3.5 球和圓柱 Instancing 技術(shù)的 Shader 實(shí)現(xiàn)25-26
• 2.4 點(diǎn)云模型的渲染26-28
• 2.4.1 點(diǎn)云模型渲染的流程27-28
• 2.4.2 點(diǎn)云模型渲染的 GPU 編程28
• 2.5 深度圖像、三角網(wǎng)模型的渲染28-30
• 2.5.1 深度圖像和三角網(wǎng)模型的渲染28-29
• 2.5.2 DirectX 模型讀取29-30
• 2.6 文字渲染30-31
• 2.6.1 DXUT 架構(gòu)的字體30
• 2.6.2 Direct2D 字體30-31
• 第3章 相機(jī)類(lèi)設(shè)計(jì)31-39
• 3.1 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換31-32
• 3.2 相機(jī)設(shè)計(jì)32-33
• 3.3 圖形變換33-35
• 3.3.1 基于 Arcball 的旋轉(zhuǎn)33-34
• 3.3.2 定點(diǎn)縮放34-35
• 3.3.3 平移變換35
• 3.4 投影變換35-36
• 3.5 視圖變換36-38
• 3.6 重置旋轉(zhuǎn)中心38-39
• 第4章 精細(xì)三維空間數(shù)據(jù)的交互拾取39-52
• 4.1 點(diǎn)云拾取39-42
• 4.1.1 點(diǎn)云點(diǎn)選的原理39-40
• 4.1.2 選擇框繪制40-42
• 4.1.3 點(diǎn)云框選的原理42
• 4.2 基于 GPU 的點(diǎn)云的點(diǎn)選42-48
• 4.2.1 計(jì)算著色器簡(jiǎn)介43
• 4.2.2 計(jì)算著色器的線(xiàn)程組和線(xiàn)程模型43-45
• 4.2.3 基于 GPU 點(diǎn)云拾取算法流程45-46
• 4.2.4 基于 GPU 點(diǎn)云拾取算法具體實(shí)現(xiàn)46-48
• 4.3 三角網(wǎng)的拾取48-51
• 4.3.1 三角面片的點(diǎn)選49
• 4.3.2 三角面片的框選49-51
• 4.4 實(shí)體的拾取51-52
• 第5章 交互可視化的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用52-64
• 5.1 交互可視化平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)52-53
• 5.2 交互可視化的應(yīng)用53-61
• 5.2.1 點(diǎn)云的渲染和交互拾取53-58
• 5.2.2 網(wǎng)格模型的渲染和交互拾取58-59
• 5.2.3 其他應(yīng)用59-61
• 5.3 交互可視化平臺(tái)運(yùn)行結(jié)果對(duì)比分析61-64
• 第6章 總結(jié)與展望64-68
• 6.1 論文工作總結(jié)64-65
• 6.2 未來(lái)工作展望65-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 附錄71-72
• 致謝72

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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7 張朝暉;劉俊起;徐勤建;;GPU并行計(jì)算技術(shù)分析與應(yīng)用[J];信息技術(shù);2009年11期

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1 毛華慶;基于GPU優(yōu)化的三維實(shí)時(shí)渲染技術(shù)的研究[D];武漢大學(xué);2010年

本文編號(hào)：802284