可定制军用三维图形绘制引擎系统理论及运用_张森，曾艳阳，刘刚_9787030496201

可定制军用三维图形绘制引擎系统理论及运用

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　　《可定制军用三维图形绘制引擎系统理论及运用》全面地论述军用三维图形绘制引擎设计的系统理论和相关技术，并系统地总结作者在军用三维视景仿真引擎方面的研究经验和新进展，给出视景仿真引擎系统的设计开发方法和采用Vega Prime视景仿真软件开发分布式对海作战视景仿真引擎系统的典型应用案例，既包括理论分析，又包括工程实现技术。《可定制军用三维图形绘制引擎系统理论及运用》选材广泛、内容新颖、研究思路独特、实用性强。
　　《可定制军用三维图形绘制引擎系统理论及运用》可供从事视景仿真尤其是对海作战视景仿真等领域研究和应用的广大科技工作者参考使用，也可以作为高等院校虚拟现实技术、计算机应用、武器系统仿真等专业的教师、研究生进行有关课题研究实践或课程学习时的参考书。

　　三维图形绘制引擎是视景仿真软件的核心，它主要负责虚拟场景的图形绘制，其优劣直接决定显示效果。但是半开放式高级引擎对外屏蔽源代码，开放式高级引擎的架构比较臃肿，需要设计一套架构简洁、效率较高的三维图形绘制引擎。
　　本书总结近几年内三维图形绘制引擎技术的研究现状及存在问题，针对目前三维图形绘制引擎存在的不足，从军用三维图形绘制的多样化需求出发，深入论述并分析图形引擎的总体技术、绘制流水线技术、光场绘制技术、大规模战场地形实时绘制技术及引擎平台的接口技术。在这些技术的基础上，论述一套虚拟化装配可定制仿真算法组件的引擎平台设计方法，设计系统所需要的多个功能模块，突破多项图形引擎的底层支撑技术，为三维图形绘制引擎的军事化及通用化提供技术支持，使研发工作有据可循、易于开展。
　　本书共8章。第1章为概论，综述三维图形绘制引擎的发展历史及存在的问题。较全面地概括近年来国内外在三维图形绘制引擎开发方面的新进展，主要包括引擎的总体技术、绘制流水线技术、光场渲染技术、大地形实时绘制技术及应用平台技术等。第2章为MCGRE的总体技术。针对引擎的功能需求进行分析，通过研究引擎的框架设计、可定制功能机制、仿真资源装配关系、数据流、扩展机制、各组成单元的模块设计及中间件等总体技术，提出一种可定制三维图形绘制引擎的结构模型，为底层关键技术的深入研究做铺垫。第3章为核心子系统开发一绘制流水线设计。针对图形绘制全过程中数据流交互复杂、模块间耦合强、新算法无法快速嵌入等难题，提出一种三段式绘制循环模式。第4章为光场绘制技术。由于动态海面影响太阳光在水中的干射、衍射现象，针对该现象的光照模型建模困难、动态光场难以渲染问题，搜集与整理引擎中常规光场绘制模型，分析风海波下光场的物理特性，建立水下光场绘制的数学模型，提出一种水下光场渲染方法。第5章为大规模战场地形实时绘制技术。针对地形拼接的过渡带存在缝隙、对比度强及地形失真等问题，提出一套军用大地形实时绘制数据处理技术。通过研究地形高程数据的组织方法、色彩空间的图像边界检测、像素特征点集对的提取与匹配等关键技术，建立一种基于视域的无缝拼接算法，实现过渡带的平滑处理。第6章为MCGRE接口技术。根据平台设计思想，讨论可定制功能策略和可定制人机接口封装方法，封装仿真组件，设计引擎平台的可定制功能引导界面，并对引导界面进行实例测试。
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　　《可定制军用三维图形绘制引擎系统理论及运用》：
　　第1章概论
　　1.1 三维图形绘制引擎技术概述
　　随着虚拟技术的推进，三维图形绘制引擎技术得到了长足的进步，在军用视景仿真行业中的应用也得到了迅速的推广和深入，并成为控制科学与工程领域最活跃的研究方向之一。从武器装备设计到武器系统作战效果评估虚拟展示，从作战指挥想定规划到作战指挥流程模拟，人们都感受到了图形引擎技术的独特魅力。
　　以往，绘制引擎技术研究注重算法的实时能力和更真实的图形输出效果（实时性与逼真度），而图形处理算法又具有很高的计算复杂度，且需要在一些大型工作站上实现；大众使用的个人电脑由于内存较低，只能得到相当少的CPU处理能力。因此，导致早期的视景仿真应用研究从低到高存在两种走向：一是基于现有的视景仿真软件开发应用系统；二是利用图形处理算法结合计算机底层硬件提高运行效率。随着计算机硬件的不断更新与升级，高速发展的图形硬件技术促进了图形学的发展。大众电脑开始具备强大的计算能力和强劲的内存，开发人员也开始使用高级语言开发图形应用软件，并且从计算机图形学研究领域获得理论支持和应用拓展。但同时也产生了日益增长的用户需求与软件开发难度大、开发速度缓慢、维护困难和功能较少之间的矛盾，尤其表现在需求多样化与软件单一化。针对该问题出现了绘制引擎的概念。基于此，视景仿真又分化成两种走向：一是基于经典模板开发自己的底层三维图形绘制引擎软件；二是基于已有的引擎开发自己的军用模块进而封装成具有特定军事功能的视景仿真软件。
　　在开发三维图形应用程序的过程中，为了确保核心算法模块的通用性与扩展性，并尽可能地降低开发成本，通常把与核心技术密切相关的内容提取出来进行独立开发。而三维图形引擎正是这样的一个独立模块，相当于程序开发人员的工具包，提供了一系列初始化、图形处理、碰撞检测等相关的API函数或者DLL形式。它像汽车引擎一样，向上层图形应用提供驱动力，驱动视景数据实现绘制。目前，计算机图形学已进入三维时代，三维图形无处不在。三维图形引擎作为上层图形应用的核心，决定着三维图形的表现、稳定性、速度和真实感等特性，这些特性都与三维图形引擎密切相关，并建立在引擎基础之上。
　　通过对三维图形绘制引擎关键技术的突破，使底层图形绘制引擎的设计方法流程化。根据用户开发需求，设计一个可定制的三维图形绘制引擎。用户在此引擎基础上，能够快速组建一个自己的三维图形绘制引擎，为深刻理解引擎行为及指导其理论设计提供坚实的技术支撑，为军用视景仿真软件的工程化、实用化奠定基础。
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