【正文】 創(chuàng)建　　對(duì)于緩沖池維護(hù)線程的生命周期有兩種方式。一種是當(dāng)繪制主線程發(fā)出更新緩沖池指令后得以創(chuàng)建，其生命周期在緩沖池維護(hù)工作(數(shù)據(jù)的讀取和刪除)后結(jié)束。第二種是在整個(gè)軟件初始化時(shí)期得到創(chuàng)建，其生命周期一直持續(xù)到整個(gè)軟件運(yùn)行結(jié)束。通過(guò)與主線程共享數(shù)據(jù)區(qū)域中的一個(gè)緩沖池維護(hù)指令標(biāo)記來(lái)決定是否進(jìn)行I／O操作。　　(2)緩沖池維護(hù)線程與主線程的協(xié)作機(jī)制和通訊　　出于效率的考慮，在線程間使用異步機(jī)制。主線程只在需要重新調(diào)整緩沖池的時(shí)候向緩沖維護(hù)線程發(fā)送消息，他在使用緩沖池資源的時(shí)候不需要采用鎖機(jī)制與維護(hù)線程互斥。通過(guò)為緩沖池中的每一個(gè)Tile建一個(gè)狀態(tài)標(biāo)記，主線程在查找數(shù)據(jù)的時(shí)候先看其對(duì)應(yīng)的標(biāo)記，如果標(biāo)記表明可以使用，才讓數(shù)據(jù)進(jìn)入渲染引擎。反之，則不把這個(gè)Tile調(diào)入渲染引擎。通過(guò)在主線程發(fā)出更新緩沖池指令和維護(hù)線程從文件系統(tǒng)讀完數(shù)據(jù)之間預(yù)留足夠的時(shí)間，可以保證在最大程度上讓主繪制線程取到想要的數(shù)據(jù)。這么做最大的好處是效率很高，繪制線程不需要任何等待時(shí)間。軟件初始化時(shí)在內(nèi)存中開(kāi)辟的一塊專用區(qū)域，兩個(gè)線程的數(shù)據(jù)都在這里得到共享。他們的消息傳遞也通過(guò)改變?cè)谶@塊區(qū)域中的一些狀態(tài)標(biāo)記來(lái)實(shí)現(xiàn)?！　≡诰彌_池中的每個(gè)Tile數(shù)據(jù)通過(guò)索引指針被繪制線程方便的使用?！　?3)何時(shí)更新緩沖池，更新哪些　　當(dāng)角色在場(chǎng)景中移動(dòng)位置超出某個(gè)距離限制時(shí)，讓主線程通知緩沖池維護(hù)線程開(kāi)始按主線程要求的最鄰近Tiles索引表來(lái)讀取新的Tiles文件，在池中刪除需要丟棄的Ti les空間(或許覆蓋更好)。關(guān)于何時(shí)更新，：　　圖中的每個(gè)小格子代表一個(gè)Tile，也就是緩沖池維護(hù)線程要加載的最小單位。在本程序中每個(gè)Tile為256256大小。當(dāng)角色在點(diǎn)a位置時(shí)，在他周圍相鄰的Tiles是以TilelOIilel4為邊長(zhǎng)的正方形。一共25個(gè)Tiles，他們就是此時(shí)緩沖池中擁有的Tiles。角色向b點(diǎn)移動(dòng)，假設(shè)角色現(xiàn)在的坐標(biāo)是(X’，Y’)，比較的基準(zhǔn)位置為a點(diǎn)，其坐標(biāo)為(X，Y)，那么　　當(dāng)X’X=　　或者Y’Y=Ti 時(shí)觸發(fā)緩沖區(qū)更新事件。　　同時(shí)把基準(zhǔn)位置設(shè)為b點(diǎn)。通知緩沖池維護(hù)線程從池中剔除TilelO一Tilel8，從文件系統(tǒng)讀入Tilel_Tile9。角色走過(guò)(X’一X)或者(Y’一Y)這段路程的時(shí)間就是預(yù)留給池維護(hù)線程動(dòng)態(tài)讀取數(shù)據(jù)的時(shí)間，在本例中為256個(gè)高程圖單位，足夠了?！　≈档米⒁獾氖?，繪制主線程只從緩沖池中挑選最鄰近他四周的9個(gè)Tile進(jìn)入渲染引擎。如果在實(shí)際應(yīng)用中我們的硬盤讀取時(shí)間預(yù)留不是很足，讀取數(shù)據(jù)比較頻繁的話，可以通過(guò)增加進(jìn)入緩沖區(qū)的Tile個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)。比如設(shè)置進(jìn)入緩沖區(qū)的T兒e為36個(gè)?！　×硗?，也可通過(guò)設(shè)定Tile的優(yōu)先級(jí)來(lái)更合理的決定進(jìn)入和退出緩沖池的Tile。Tile的優(yōu)先級(jí)可以根據(jù)角色的運(yùn)動(dòng)方向來(lái)判定，比如人物向右移動(dòng)，那右方Tile的優(yōu)先級(jí)顯然應(yīng)該比左方的高。’　　　　本章節(jié)討論比較了ROAM、基于四叉樹(shù)的LOD、GeoMipMap幾種基于LOD思想的網(wǎng)格簡(jiǎn)化算法，提出一種優(yōu)化的GeoMipMap算法，并討論了其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。另外，本章介紹了符合室外地形的空間管理算法一一基于四叉樹(shù)的空間管理。并討論了在其基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的視錐體裁剪，背面剔除算法和遮擋剔除算法。　　此外，針對(duì)超大無(wú)縫地形的渲染，本文提出通過(guò)維護(hù)數(shù)據(jù)緩沖池來(lái)實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)加載的技術(shù)。第四章 場(chǎng)景的真實(shí)感渲染技術(shù)　　第三章討論了怎樣有效繪制地形的三角形面片，關(guān)于怎么在面片上表現(xiàn)真實(shí)的地表(草地、沙粒)，以及怎么表現(xiàn)光照、天空、植物等，這一系列問(wèn)題涉及的就是場(chǎng)景的真實(shí)感渲染技術(shù)?！　　　　　≡谟螒蛟O(shè)計(jì)中，由于客觀世界千變?nèi)f化、錯(cuò)綜復(fù)雜，要把真實(shí)世界的各種細(xì)微結(jié)構(gòu)直接用幾何模型表示出來(lái)，不僅模型難以建立，而且計(jì)算量龐大，難以滿足實(shí)時(shí)顯示的需要，比如一張曲面可以用許多微小的多邊形(或曲面片)表示其表面細(xì)節(jié)，假定每個(gè)微小多邊形具有近似相同的表面特征，要顯示這樣一個(gè)曲面，就必須對(duì)這些微小多邊形(或曲面片)進(jìn)行分別處理，這將需要大量的存儲(chǔ)空間和處理時(shí)間，因此在實(shí)際應(yīng)用中，為了獲得比較高的顯示速度，往往以犧牲圖形的真實(shí)感為代價(jià)。盡管這樣，顯示一幅比較復(fù)雜的圖像仍然需要很長(zhǎng)時(shí)間。于是，人們就想象是否可以用“貼墻紙的方法將反映物體表面的細(xì)節(jié)的圖案貼到物體表面，從而開(kāi)辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域一紋理映射(Texture Mappirig)。處理過(guò)程如下圖：　　紋理映射的方式主要分為三種：　　顏色紋理映射：最簡(jiǎn)單和最基本的應(yīng)用是將一幅花紋圖案映射到物體表面，采用與表面上點(diǎn)的位置有關(guān)的值(如：參數(shù)曲面上一點(diǎn)的參數(shù)值)來(lái)確定紋理坐標(biāo)并采樣包含圖案的紋理，采樣值用定義該點(diǎn)的顏色。通過(guò)此類方法在圖案和表面點(diǎn)之間建立的固定聯(lián)系，不會(huì)因視線的改變而改變。當(dāng)花紋或圖案繪上之后，表面仍光滑如故，這種紋理稱為顏色紋理，形如在物體表面繪制了一些花紋圖案?！　⊥拱技y理映射：根據(jù)粗糙表面的光反射原理，通過(guò)一個(gè)擾動(dòng)函數(shù)擾動(dòng)物體表面法向量，使光滑表面得到調(diào)制，并在光線下呈現(xiàn)出凸凹不平的形狀，這種紋理稱為凸凹紋理(或幾何紋理)。利用擾動(dòng)函數(shù)可以很好的模擬皮毛、頭發(fā)、衣服之類的物體?！　∵^(guò)程紋理映射：過(guò)程紋理映射屬于三維紋理，它就是將三維的紋理函數(shù)映射到三維物體上。也就是說(shuō)在物體的內(nèi)部也會(huì)受到紋理的影響。例如，木材和大理石的紋理，需要考慮每一個(gè)相鄰面的紋理映射，通常每個(gè)面分別進(jìn)行顏色紋理映射時(shí)，由于面的邊界處紋理不連續(xù)，往往難以表現(xiàn)出自然的紋理，這種場(chǎng)合定義三維的紋理函數(shù)進(jìn)行立體紋理映射是非常有效的。用過(guò)程紋理模擬物體表面細(xì)節(jié)，能夠在非常復(fù)雜的曲面上表現(xiàn)連續(xù)的紋理，且紋理效果不受物體表面形狀的影響，可以很大程度的解決紋理走樣問(wèn)題?！　?OpenGL實(shí)現(xiàn)紋理映射的步驟　　(1)指定紋理　　在最簡(jiǎn)單的情況下，紋理是單個(gè)圖像。利用稱為MipMap的技術(shù)，程序員可以指定同一紋理的多級(jí)分辨率圖像，在進(jìn)行紋理映射過(guò)程中，該技術(shù)可以按照景物表面在屏幕上所占區(qū)域分大小，自動(dòng)選擇合適分辨率的紋理圖像對(duì)景物表面進(jìn)行映射，以避免因紋理映射中的點(diǎn)采樣方式所導(dǎo)致的紋理走樣。另外，圖像的定義可以包括邊界值，以防止物體的紋理坐標(biāo)超出有效區(qū)域。邊界值允許程序員把多個(gè)紋理映射平滑的粘貼在一起，從而增加最大可用紋理的有效尺寸。相關(guān)函數(shù)：glTexImage2D()，glTexGen()。　　(2)紋理如何作用于每個(gè)像素點(diǎn)　　OpenGL根據(jù)片元的顏色和紋理圖像數(shù)據(jù)中的顏色來(lái)計(jì)算最終的RGBA值。程序員可以選擇下面三種功能中的一種：，這種方法如同貼花一樣，紋理被粘貼在片元的表面上；，該技術(shù)對(duì)光照和紋理的綜合效果非常有用；。相關(guān)函數(shù)：glTexParameter()，glTexEnv()?！　?3)激活紋理顏色　　在繪制場(chǎng)景之前需激活紋理映射。相關(guān)函數(shù)：glEnable()，glDisable()?！　?4)利用紋理坐標(biāo)和幾何坐標(biāo)繪制幾何場(chǎng)景　　在粘貼紋理之前，必須說(shuō)明紋理相當(dāng)于片元是如何排列的。也就是說(shuō)，必須指定場(chǎng)景中物體的紋理坐標(biāo)和幾何坐標(biāo)。對(duì)于二維紋理圖可指定其兩個(gè)方向上的紋理坐標(biāo)均為[，]，而要粘貼紋理的物體坐標(biāo)可以是任意的。相關(guān)函數(shù)：glTexCoord*()?！　?用多層紋理混合貼圖模擬融合性地表　　　　對(duì)于小的地形，我們可以考慮在整個(gè)地形上貼一張紋理。比如6565的地形貼上一張128128的圖片。但是當(dāng)?shù)匦魏艽髸r(shí)，我們的貼圖不可能很小。當(dāng)貼圖很小時(shí)，地形會(huì)被拉伸產(chǎn)生失真；當(dāng)把貼圖選得太大，顯卡會(huì)承受不了。于是有人想到了，利用紋理貼圖坐標(biāo)(texture coordinate)的設(shè)定，我們可以將一張圖片一次次的重復(fù)貼至地形場(chǎng)景上，也就是所謂圖素紋理(tile texture)的方法；(mapping)至整個(gè)地形范圍，而是以每個(gè)128x128大小為一個(gè)單位，將圖文件完整貼上，如此反復(fù)進(jìn)行貼圖，就像是鋪地板磚一樣。這樣的方法，的確可以大幅減低貼圖失真的情形，可是如果還想進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更真實(shí)的地形場(chǎng)景貼圖，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)作法還是有不足之處。一個(gè)地形場(chǎng)景通常不會(huì)只擁有單獨(dú)一種樣式的地貌。舉例來(lái)說(shuō)，可能依照地形高度的不同，在平地上會(huì)有草地，高度往上的山坡會(huì)有沙地，在山頂或陡峭之處可能會(huì)有巖地或雪地等等多種可能的組合。如果想達(dá)成這種形式的地形紋理貼圖，就不是簡(jiǎn)單的使用圖素紋理(tile texture)可以實(shí)現(xiàn)的了。這就需要紋理混合貼圖(Texture Blending)技術(shù)?！　蓪蛹y理混合原理公式：C=a*alpha+b*(1alpha)。　　　　在很多游戲中，地形紋理又分為粗紋理和細(xì)節(jié)紋理。粗紋理是指表現(xiàn)地表大致圖像的紋理，比如一片草地，它的粗紋理就可以是一張綠色的圖片。而細(xì)節(jié)紋理顧名思義是指表現(xiàn)細(xì)節(jié)的紋理，在例子中，它就可以是一張表現(xiàn)草的細(xì)節(jié)、沙石細(xì)節(jié)的圖片。一張粗紋理一般映射得很廣，甚至映射到整個(gè)地形；而細(xì)節(jié)紋理一般是反復(fù)貼圖(鋪磚)。室外場(chǎng)景一般2到3張細(xì)節(jié)紋理足以表現(xiàn)出漂亮的結(jié)果。當(dāng)多張細(xì)節(jié)紋理混合時(shí)，怎么體現(xiàn)不同紋理間的平滑過(guò)渡呢可以應(yīng)用紋理索引圖技術(shù)?！　≡诨叶葓D表示的紋理混合索引圖中每個(gè)像素對(duì)應(yīng)地形中的一塊區(qū)域(不能太大)，白色像素表示那塊區(qū)域貼巖石紋理，黑色像素表示貼草地紋理，灰色像素即是兩種細(xì)節(jié)紋理的混合。比如灰度值是78，則在混合過(guò)程中巖石紋理的alpha=78／256100％。　　同理，我們可以用彩色圖來(lái)表示更多細(xì)節(jié)紋理的混合索引。令索引貼圖的R分量代表沙灘的紋理，G分量代表草地，B分量代表巖石。如果索引貼圖上一個(gè)像素的值是(0，255，0)，即綠色，則這個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的地形區(qū)域的具體紋理就為草地。如果該像素顏色值是(127；127，0)，即黃色，則該像素所對(duì)應(yīng)的地形區(qū)域的紋理為草地和沙灘的混合，看起來(lái)既有草，又有沙。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、靈活，方便美工人員設(shè)計(jì)地表的紋理?！　?紋理混合的OpenGL實(shí)現(xiàn)　　在OpenGL中，紋理混合有三種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：多通道多遍渲染，單通道多重渲染，用GLSL(GL Shading Language)實(shí)現(xiàn)多紋理混合?！　《嗤ǖ蓝啾殇秩尽　∥覀儼训匦斡玫谝环N紋理畫出一次，然后再開(kāi)啟阿爾法混合(alphablending)的功能，用第二種紋理再畫出地形一次，這樣用不同紋理重復(fù)多次畫出地形。這種做法適應(yīng)配置低端的顯卡，但渲染速度會(huì)受很大影響。　　單通道多重渲染　　這種方法要用到兩個(gè)OpenGL擴(kuò)展指令(OpenGL Extensions)，分別是GL_ARB_multitexture與GL_EXT_texture_env_bine。GL_ARB_multitexture可以讓我們一次控制二到多個(gè)紋理單元(texture unit)的操作。這種技術(shù)適合于配置中端的顯卡，速度也很快，但是支持的紋理個(gè)數(shù)有限。其步驟：　　(1)地形初始化時(shí)，由紋理混合索引圖確定每個(gè)地形頂點(diǎn)的所有紋理的映射坐標(biāo)，紋理間的混合alpha值?！　?2)初始化多重紋理，載入紋理貼圖，設(shè)置相關(guān)參數(shù)?！　?3)渲染時(shí)，用glMultiTexCoord2fARB設(shè)置頂點(diǎn)的紋理映射坐標(biāo)，關(guān)鍵代碼如下：　　用shader實(shí)現(xiàn)多紋理混合　　所謂shader是基于顯卡的著色器。OpenGL和DirectX都先后發(fā)布了自己的著色器語(yǔ)言，如OpenGL的GLSL(GL Shader Language)。這是目前比較新的渲染技術(shù)，這種方式編寫程序簡(jiǎn)單，速度很快，支持的紋理也很多，但顯卡必須是比較高階的支持著色器語(yǔ)言的。這種方法在下面章節(jié)光照貼圖中會(huì)有相關(guān)代碼。 室外場(chǎng)景的光影處理　　要繪制逼真的場(chǎng)景必須做光照處理。沒(méi)有光照的三維物體模型與二維物體沒(méi)有任何差別，沒(méi)有一點(diǎn)立體感。只有具有光照的物體才是真正的三維物體。光照射到物體表面時(shí)，可能被物體吸收、反射或透射。光的反射和透視部分進(jìn)入視覺(jué)系統(tǒng)使我們能看見(jiàn)物體。光的顏色是由其波長(zhǎng)決定，一束白光含有所有可見(jiàn)波長(zhǎng)的光。白光照射物體時(shí)，只有所有可見(jiàn)光被等量吸收物體才會(huì)呈現(xiàn)灰色；如果被不等量吸收，物體會(huì)呈現(xiàn)其它的顏色。光的亮度由光強(qiáng)決定。從物體表面反射出來(lái)的光的強(qiáng)度取決于光源的位置、光強(qiáng)、物體材質(zhì)、物體表面位置、物體表面法線和視點(diǎn)的位置?！　　　」庹丈涞轿矬w表面時(shí)，光線可能被吸收、反射和透射。被物體吸收的部分轉(zhuǎn)化為熱，反射、透射的光進(jìn)入人的視覺(jué)系統(tǒng)，使我們能看見(jiàn)物體。為模擬這一現(xiàn)象，我們建立一些數(shù)學(xué)模型來(lái)替代復(fù)雜的物理模型，這些模型就稱為明暗效應(yīng)模型或者光照模型。　　在真實(shí)感圖形學(xué)中，我們把僅處理光源直接照射物體表面的光照模型稱為局部光照模型，而與此相對(duì)應(yīng)的，可以處理在物體之間光照的相互作用的模型稱為整體光照模型?！　　馪hong光照模型　　Phong光照模型綜合反映了漫反射、鏡面反射和環(huán)境光對(duì)表面的作用1。他屬于局部光照模型，在游戲場(chǎng)景的實(shí)時(shí)渲染中經(jīng)常用到。其光照強(qiáng)度方程式如下：　　式中，M表示對(duì)場(chǎng)景有貢獻(xiàn)的點(diǎn)光源的總個(gè)數(shù)；I是光照表面點(diǎn)(x，y)處的光強(qiáng)；Ia是入射環(huán)境光的光強(qiáng)；Ini、fi(d)是第i個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的入射光光強(qiáng)和光源強(qiáng)度衰減因子；ka為景物表面對(duì)環(huán)境光的漫反射系數(shù)；kd為景物表面的漫反射系數(shù)；ks為景物表面的鏡面反射系數(shù)；n稱為鏡面高光指數(shù)，被用來(lái)模擬鏡面反射光在空間的會(huì)聚程度；Li為第i個(gè)點(diǎn)光源發(fā)射方向單位向量；N是點(diǎn)(x，y)處的表面單位法向量；Hi為將入射光反射到觀察者方向的理想鏡面的單位法向量Hi=(Li+V)／2，V為觀察者視線單位向量?！　」饩€跟蹤算法　　光線跟蹤或稱光跡追蹤是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的核心算法之一n168。在算法中，光線從光源被拋射出來(lái)，當(dāng)他們經(jīng)過(guò)物體表面的時(shí)候，對(duì)他們應(yīng)用種種符合物理光學(xué)定律的變換。最終，光線進(jìn)入虛擬的攝像機(jī)底片中，圖片被生成出來(lái)。由于該算法是全局光照模型，所以可以模擬生成十分復(fù)雜的圖片?！　」饩€跟蹤算法偽代碼：　　輻射度算法　　輻射度算法本質(zhì)是將光看作一種物理輻射，然后計(jì)算輻射的傳導(dǎo)就能獲得加之于每個(gè)對(duì)象物體上的光照強(qiáng)度，從而獲得正確的渲染結(jié)果。和其他渲染方法相比，輻射度算法更接近于光的自然傳播原理。輻射度算法解決了光在不同面之間反射的計(jì)算技術(shù)，但不分布鏡面光