基于可編程硬件的骨骼蒙皮動(dòng)畫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、角色動(dòng)畫是最近十年來計(jì)算機(jī)科學(xué)最活躍的領(lǐng)域之一，它廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、廣告媒體和數(shù)字娛樂等諸多領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展，特別是消費(fèi)級(jí)別的帶有硬件加速功能的顯卡技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時(shí)角色動(dòng)畫逐漸獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。實(shí)時(shí)角色動(dòng)畫具有巨大的經(jīng)濟(jì)前景和理論研究意義。本文對(duì)可編程圖形硬件和實(shí)時(shí)角色動(dòng)畫做了深入研究，給出了現(xiàn)在使用最為廣泛的實(shí)時(shí)角色動(dòng)畫——骨骼蒙皮動(dòng)畫在可編程圖形硬件上的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 實(shí)時(shí)角色動(dòng)畫分為三種：

2、關(guān)節(jié)動(dòng)畫、單一網(wǎng)格模型動(dòng)畫和骨骼蒙皮動(dòng)畫，本文對(duì)這三種動(dòng)畫技術(shù)做了深入研究。骨骼蒙皮動(dòng)畫可被看作關(guān)節(jié)動(dòng)畫和單一網(wǎng)格模型動(dòng)畫的結(jié)合，它不但具有前兩種動(dòng)畫的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了前兩種動(dòng)畫的缺點(diǎn)。但是骨骼蒙皮動(dòng)畫使用的頂點(diǎn)混合技術(shù)需要大量的矩陣運(yùn)算，以前這是由CPU來實(shí)現(xiàn)的，這給CPU造成了極大的負(fù)擔(dān)，降低了動(dòng)畫的實(shí)時(shí)性?，F(xiàn)在可編程硬件圖形硬件的發(fā)展為解決這一問題提供了可能。 本文對(duì)可編程圖形硬件及其編程語(yǔ)言和編程方法做了詳細(xì)介紹。目前圖

3、形硬件中的圖形處理器(GPU)計(jì)算能力的增長(zhǎng)速度已經(jīng)超過了CPU計(jì)算能力的增長(zhǎng)速度，圖形硬件技術(shù)一個(gè)重大突破就是在圖形硬件中引入了可編程功能，該功能允許開發(fā)人員編制自己的著色器程序(Shaderprogram)來替換原來固定流水線中的某些功能模塊，以實(shí)現(xiàn)更為靈活的功能。雖然GPU具有非常高的計(jì)算速度，但并不能將以前在CPU中實(shí)現(xiàn)的算法直接放到GPU中來執(zhí)行，這是因?yàn)镚PU的指令執(zhí)行方式和CPU不一樣，GPU的體系結(jié)構(gòu)是一種高度并行的單指

4、令多數(shù)據(jù)(SIMD)指令執(zhí)行體系，所以要在可編程圖形硬件上實(shí)現(xiàn)在CPU中效率不高的算法，就需要重新制定算法實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和步驟，以充分利用GPU并行處理體系結(jié)構(gòu)帶來的性能優(yōu)勢(shì)。本文首先給出了基于CPU的骨骼蒙皮動(dòng)畫的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，對(duì)其中可放到GPU中算法進(jìn)行了分析，給出了基于GPU的骨骼蒙皮動(dòng)畫的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的測(cè)試結(jié)果表明基于GPU的骨骼蒙皮動(dòng)畫比基于CPU的骨骼蒙皮動(dòng)畫幀率要高出很多，極大提高了骨骼蒙皮動(dòng)畫的實(shí)時(shí)性。本文還給出了動(dòng)畫混合