图形学与游戏技术 课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,图形学与游戏技术简介,2021-9-15,真实感图形学：侧重视觉效果,可视化：侧重信息传达,图形学,cn3d,SAGA gis,可视化,ADINA,离线渲染Offline Rendering,实时渲染Real-time Rendering ,渲染类型：,RayTracing(start, direction, weight, color) if ( weight 世界空间-光源视角屏幕空间,逆光栅化,光栅化,Shadow map 锯齿与软阴影,图取自：,Shadow volume,首先渲染场景，然后关闭缓冲写渲染阴影体并进行模板计数，,最后根据模板值决定各点是否为阴影点。,根据模板计数规那么不同，分为z-pass和z-fail两种算法。,shadow volume历史：,Franklin C. Crow于1977年发表了一篇题为?Shadow Algorithms For ComputerGraphic?的论文，提出shadow volume思想。,Tim Heidmann于1991年，展示如何用模板缓冲实现快速实时阴影z-pass算法。,2000年前后，假设干人独立发现了z-fail算法，发现者之一John Carmack约翰*卡马克将其应用于Doom3，使此技术引起公众关注，所以z-fail算法通常又称为Carmacks Reverse。,卡马克提出z-fail算法邮件全文：,z-pass算法存在：“当相机位于阴影体内时失效的问题。,为解决这一问题，后来提出z-fail算法。,卡马克：3d游戏之父，id software创始人之一。了解3d游戏历史，推荐阅读?Doom启示录?,模板缓存stencil buffer,帧缓存的一种，起到mask的作用。,结合后面阴影体模板计数来讲解,z-pass,视点在阴影体外，得到正确结果,视点在阴影体内，方法失效,无论视点在不在阴影体内，都得到正确结果,z-fail,:/,z-pass和z-fail算法的标准描述：,Z-pass：,1，Disable writes to the,depth,and color buffers.,2，Use back-face culling.,3，Set the stencil operation to increment on depth pass (only count shadows in front of the object).,4，Render the shadow volumes (because of culling, only their front faces are rendered).,5，Use front-face culling.,6，Set the stencil operation to decrement on depth pass.,7，Render the shadow volumes (only their back faces are rendered).,Z-fail：,1，Disable writes to the depth and color buffers.,2，Use front-face culling.,3，Set the stencil operation to increment on depth fail (only count shadows behind the object).,4，Render the shadow volumes.,5，Use back-face culling.,6，Set the stencil operation to decrement on depth fail.,7，Render the shadow volumes.,视点在阴影体外,视点在阴影体内,四叉树qaudtree,通过四叉树可以同时实现,视锥剔除,和,LOD,地形,高度图,1169x11169 ，24位bmp,生成方法：,1，用photoshop绘制。,2，自动生成Perlin noise 。,3，在3dmax中建立地形模型，然后渲染成高度图。,重组3D IV 中小岛高度图使用photoshop绘制,实现视锥剔除：,实现LOD：,在?重组3D IV?中d改用d2，一方面省去开方运算，另外使得LOD效应更强烈,当d相对于边长e来说较小，即离眼睛较近,比照上一页,补缝,如果一个未分裂块的邻块分裂，那么两块之间需用三角补洞。,此处暗含假设：相邻块LOD级数必定1，无法使用三角形补缝。,voxel based terrain,Crysis sandbox2,可以实现悬崖，洞穴等,高度图无法实现的地形效果,新的形生成技术基于体素的地形,场景管理,重点：八叉树octree,简述：bsp，portal，pvs,八叉树结构,何时分裂：,1实心节点中面数或物体数不够少。,2实心节点体积不够小。,图取自： :/,0,3,2,1,5,4,7,6,编号顺序：,分裂4次到达的粒度,八叉树用于碰撞检测：,快速筛选出潜在碰撞三角面或物体集,八叉树用于视锥剔除：,其实，视锥剔除就是视锥与场景的碰撞检测,八叉树用于加速光线追踪：,加快光线与几何体的求交运算,细菌与纽结的碰撞使用了八叉树，,红色局部为扭结与细菌的潜在碰撞三角面集。,bsp,portal,pvs：,八叉树视锥剔除的缺乏：无法处理遮挡,portal可处理遮挡。,通过bsp可以实现自动portal生成。,pvs是预计算版的portal。,处理遮挡的另外一个方法：硬件遮挡查询,八叉树视锥剔除,Portal技术,骨骼蒙皮动画,bone1,bone2,bone1,bone2,v6：w2=1,v5：w2=1,v4：w2=0.7，w1=0.3,v3：w2=0.5，w1=0.5,v2：w1=0.7，w2=0.3,v1：w1=1,v7：同v5,v8：同v4,v9：同v3,v10：同v 2,v11：同v1,以v4为例说明顶点混合过程：,图中bone2为bone1子骨骼，设bone1，bone2的局部矩阵分别为m_bone1，m_bone2。,v4在bone1坐标系内的坐标v4_bone1=inverse(m_bone1)*v4；,v4在bone2坐标系内的坐标v4_bone2=inverse(m_bone1*m_bone2)*v4。,现假设bone1,bone2都进行了变换，各自的局部矩阵变为m_bone1和m_bone2，,那么按bone1来算，v4的新坐标v4应为v4_1=m_bone1*v4_bone1。,而按bone2来算，v4的新坐标v4应为v4_2=m_bone2*v4_bone2。,于是真正v4取v4_1与v4_2的混合，由于bone1和bone2对v4的影响权重分别为0.3和0.7，,所以v4=0.3*v4_1+0.7*v4_2,顶点的骨骼权重：,粒子特效,一大类无定形事物可以用粒子系统进行模拟，如：,火，烟尘，爆炸，云，雨雪，瀑布，浪花，植被，魔法等。,2d,3d,使用点,使用透明公告牌：,体素Voxel,过程生成 Procedural generation ,无限细节Unlimited Detail ?,新技术,看好,体素Voxel,比多边形更接近自然。,以前主要在医学成像中使用，近些年开始在游戏中流行。,体素光线投射voxel ray casting ,Outcast (1999 ),Delta Force: Xtreme 2,三角洲特种部队:极限版22021,体素八叉树：,1，加速求交。,2，减少存储空间物体内部区域不分裂。,两个游戏均为Novalogic公司制作，,NovaLogic与战争游戏介绍,：,风格化体素游戏,:/,highly dynamic game environments,PolyVox,:/-about/,Voxeliens,Masterspace,wtech engine,Forever War,使用PolyVox开发的游戏：,Voxlap,体素库、引擎,:/ 3d体素版?德军总部?,使用voxlap开发的游戏：,:/,可任意破坏的建筑,小车在路面上压出车轨印,Atomontage Engine,由多边形模型转化来的体素模型,通过Mesh Voxelizer,过程生成Procedural generation ,随机，分形递归，组合,节省人力，增加丰富性。,植物生成：,城市生成：,Voxel space automata: modeling with stochastic growth processes in voxel space，,N. Greene,1989,地形生成：,Realtime procedural terrain generation-realtime synthesis of eroded fractal terrain for use in computer games, J Olsen,2004,还有更多事物可以使用过程生成得到,无限细节Unlimited Detail ,Euclideons logo isnt just a logo.,but an island of one kilometer square,1，使用点云数据point cloud,2，使用一种筛选算法使每帧渲染点数仅等于屏幕点数,3，只使用cpu,4，无限细节,岛上的一块石头,从岛到石块，实现完全无缝滑动，且仅在普通笔记本上即能流畅运行,骗局还是革命？,写底层还是用引擎,做2d还是做3d,开发什么类型的游戏,选择什么平台,DX还是opengl,选择问题,做学术还是做工程,