随着计算机软、硬件技术的不断发展,作为虚拟现实技术的重要研究方向,大规模虚拟人群的实时绘制逐渐成为了人们关注的重点并广泛应用于商业、娱乐、军事、建筑、公共安全等众多领域。目前,国内外相关关键技术层出不穷。人们从简化绘制、加速绘制以及快速绘制等多方面进行了研究与分析,提出了一系列用于群体实时绘制的技术。本文首先对现阶段的大规模虚拟人群实时绘制的相关代表技术进行了深入的研究,包括基于点的简化绘制技术、基于GPU的绘制加速技术以及大规模群体快速绘制技术。接着,对大规模城市交通仿真系统进行了简要的描述,并对系统中的虚拟群体渲染模块进行了初步设计,然后引入了在设计中需要使用到的主要关键技术。在这些关键技术中,模型简化技术占据着十分重要的位置。引入它的目的在于简化复杂模型及场景的绘制,将无法通过显示设备完全表现的细节部分进行简化或者以近似物代替。本文在前期研究工作的基础上,实现了基于点采样的模型简化生成技术。该技术通过结合八叉树进行射线追踪采样,以生成采样层次结构。然后通过用户设置参数建立起多个层次细节的样本数据,得到原始复杂模型的多分辨率简化逼近表示。而为了满足大规模虚拟人群动画的实时性与多样性要求,本文还对其进行了改进,引入基于GPU的调色板蒙皮骨骼动画方法作为样本点的动画驱动方式。为了能够有效地利用硬件资源,提高绘制速度,本文在对大规模群体实时绘制加速技术研究的基础上,引入了基于可编程图形硬件的绘制加速技术,并结合常见的视锥体裁剪与LOD策略,通过GPU可编程渲染管线来完成加速技术的实现,以充分利用GPU的高速处理能力,并最大程度地解放CPU。而在大规模群体快速绘制技术方面,本文引入了Skinned Instancing技术。通过将场景中的所有实例划分为若干个几何批次,每个绘制批次重复利用几何体数据进行多次绘制来达到降低内存需求,减少渲染调用次数的目的。最后,本文提出了一种用于支持仿真系统中虚拟群体渲染模块实现的大规模虚拟人群实时绘制方法,并对其进行了详细的系统设计与流程设计。该方法在将上述三种技术进行有机结合的同时,还对每一种技术分别进行了改进,以最大限度地提升渲染性能,满足仿真系统的渲染需求。
