角色群组快速绘制技术研究的成果

随着人们欣赏水平的逐步提高，特效技术的应用越来越普遍，并已经成为一种必需的手段。近年来电影的发展正在走向大场景、多角色等宏大场面，如电影《指环王3：王者无敌》中20万人的战争场面，就是一个大规模运动角色仿真的典型应用。

大规模运动角色仿真在团体操、大型操等大型演练项目中也经常使用，在这些项目中，每个人有预设的路线和动作，几千人共同达到一个整体效果。这样的应用使每一次排演的准备时间和排练时间都很长，对于导演的想象力发挥造成了很大的限制。借助于群组仿真技术，这种大型演练项目可以进行事先编排，提前发现问题，并修改其中的不足，达到最佳效果，如2008年北京奥运会开幕式中，许多个场景的编排都借助了群组仿真技术。

大规模运动角色仿真需要在计算机中以三维的方式逼真地绘制运动角色的仿真结果。一个普通精细度的三维人体模型大约包含5000个面片，而场景中往往会有几千个甚至上万个角色在同时运动，角色绘制的速度对仿真速度的影响举足轻重。在现有的硬件条件下，利用常规的方法实时绘制成百上千甚至上万个三维模型几乎不可能，大规模运动角色场景的快速高效仿真方法亟需研究解决。

对于绘制能力的提高，一般有LOD层次细节方法和基于图像的渲染两种方法。LOD层次细节技术通过减少需绘制的多边形数量，提高模型绘制的效率，可以实现100约个角色的实时绘制，但当场景中有上千个角色时，仍然无法实现实时计算和绘制。基于图像的渲染能够快速绘制场景，但只能绘制静态的景物，很大程度上限制了它的应用范围。

本章针对大规模运动角色的绘制问题，提出了一种结合Billboard技术和动态纹理技术的快速绘制方法。本方法通过在场景中复用较少的实际角色降低运动角色的规模。通过渲染到纹理技术将角色运动过程实时渲染到一个动态纹理中，并将该纹理应用到Billboard上，从而快速渲染场景中的运动角色。在运动角色绘制过程中，使用GPGPU技术加速Billboard顶点位置计算。实验证明，该方法可以高效地仿真大规模运动角色场景，可以实现包含5000个角色的场景实时绘制。本章提出的快速绘制技术，结合本书提出的二维/三维角色变形方法和角色驱动方法，可以实现大规模运动角色的实时仿真。

本章的其他部分将包含如下内容：(www.xing528.com)

（1）分析目前大规模角色仿真的技术现状，以及当前常用的加速绘制方法，详细介绍基于Billboard的加速绘制方法；

（2）详细介绍基于动态纹理的快速绘制技术，包括动态纹理生成、基于动态纹理的绘制以及硬件加速方法；

（3）给出本章基于动态纹理的角色绘制算法思想的实现方法，并通过运动角色仿真实验验证算法有效性；

（4）扩展本技术的使用范围，介绍利用本章的运动角色仿真技术，实现大规模动态森林场景仿真的方法。