文章目錄

• 體素化方法
• • 原理展示
  • 實(shí)現(xiàn)過程
  • • 使用Buffer
    • 著色器
    • 讀取體素坐標(biāo)
  • 實(shí)現(xiàn)代碼
  • • 頂點(diǎn)著色器
    • 片元著色器
    • CPU讀取
    • 效果圖

體素化方法

體素化能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行簡化，得到均勻的網(wǎng)格，在求模型的測地線，求交等過程中有較好的應(yīng)用。個人理解，把體素化分為基于CPU的方法和基于GPU渲染的方法。輸入是三角面片，輸出體素化格子。

直接使用三角形求交的方法見
3D模型體素化（Voxelization）過程實(shí)現(xiàn)與分析（一）

使用三角形求交的方法，體素化計算量與三角形的數(shù)量，體素分辨率直接相關(guān)。當(dāng)三角形數(shù)量增多，分辨率增大時，計算量將急劇增加，計算十分緩慢。
本文介紹使用OpenGL快速計算體素化的方法，使用渲染管線中的片段著色器，將三角形與體素的求交轉(zhuǎn)化為采樣點(diǎn)與體素的求交。運(yùn)用片元的并行性，快速得到體素化結(jié)果。

原理展示

計算模型的包圍盒

在包圍盒外部設(shè)置相機(jī)，最好是用正交相機(jī)，進(jìn)行投影

對于投影后的片元，計算每個片元的三維位置對應(yīng)的體素【注意，深度測試前所有的片元都不會被丟棄】

實(shí)現(xiàn)過程

使用Buffer

這里需要從著色器回傳會體素占用信息，使用一個一維的數(shù)組來展開三維的體素位置。uniform對于著色器是只讀的。因此使用Buffer，著色器是可讀寫的，同時Buffer也允許使用較大的空間。

著色器

由于著色器是并行的，使用原子操作來實(shí)現(xiàn)同步。

所有從頂點(diǎn)著色器到片元著色器中的變量都會被插值，因此可以直接從頂點(diǎn)著色器計算三維坐標(biāo)，傳入到片元著色器。

片元著色器根據(jù)坐標(biāo)位置，直接計算體素坐標(biāo)，寫入到數(shù)組中。

讀取體素坐標(biāo)

在CPU中讀取Buffer數(shù)組，解析出體素化結(jié)果。

實(shí)現(xiàn)代碼

頂點(diǎn)著色器

#version 430 core layout (location=0) in vec3 aPos; layout (location=1) in vec3 aNormal; layout (location=2) in vec2 aTexture;out vec3 FragPos; uniform mat4 model; uniform mat4 view; uniform mat4 projection;void main() { FragPos = aPos; // 局部坐標(biāo)gl_Position = projection *view *model *vec4(aPos,1.0); }

片元著色器

#version 430 coreout vec4 FragColor;in vec3 FragPos;layout (std430, binding =0) buffer CountBuffer{int cnts[]; };uniform vec3 box_min; uniform float interval; // 步長 uniform vec3 xyz; // 分辨率 uniform int pass;void main() {if(pass ==0){ int x = int((FragPos.x-box_min.x)/interval);int y = int((FragPos.y-box_min.y)/interval);int z = int((FragPos.z-box_min.z)/interval);int idx = int(y *(xyz.z *xyz.x) + z *xyz.x + x); atomicAdd(cnts[idx], 1);}FragColor = vec4(1, 0, 0, 1); }

CPU讀取

glBindBuffer(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, cntBO); // 獲取buffer指針 int * ptr = (int *)(glMapBuffer(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, GL_READ_ONLY)); // cout << "error node: " << glGetError() << endl; vector<glm::vec3> pos; // 體素位置 vector<glm::ivec3> idx; // 體素索引 if (ptr != NULL) {for (int i = 0; i < cnts.size(); ++i){if (*(ptr + i)){int y1 = i / (x*z);int z1 = (i - y1 *x*z) / x;int x1 = (i - y1*x*z - z1*x);pos.push_back(box_min + glm::vec3(x1*width, y1*width, z1*width));idx.push_back(glm::ivec3(x1, y1, z1));}} } else {Error("read buffer data error"); } glUnmapBuffer(cntBO); glBindBuffer(GL_SHADER_STORAGE_BUFFER, 0);

效果圖

如有錯誤，歡迎指出~

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的3D模型体素化（Voxelization）过程实现与分析（二）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。