面向对象三维图形引擎的设计与实现.pdf

第39卷第1期电子科技大学学报Vol.39No.1
2010年1月JournalofUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaJan.2010

面向对象三维图形引擎的设计与实现

邱航，陈雷霆

(电子科技大学计算机科学与工程学院成都610054)

【摘要】提出并实现了一种面向对象的三维图形渲染引擎Gingko，对引擎的体系结构、各模块之间的关系以及关键技术
进行了分析说明。该引擎提供可扩展的软件体系结构、高效的场景处理方法、方便易用的应用程序接口，为三维图形应用的
快速开发和高效运行提供了支撑。实验证明，该引擎具有运行稳定、渲染速度快的特点，对于大规模室外场景的渲染速度能
保持在20fps以上。
关键词图形引擎;插件;实时渲染;真实感渲染
中图分类号TP391.41文献标识码Adoi:10.3969/j.issn.1001-0548.2010.01.028

DesignandImplementationofObject-Oriented3DGraphicsEngine

QIUHangandCHENLei-ting
(SchoolofComputerScienceandEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaChengdu610054)

AbstractAnobject-oriented3Dgraphicsengineispresentedandimplemented.Thegeneralarchitecture,the
relationshipsofeverymodule,andthekeytechniquesoftheenginearediscussed.Thisenginecansupport
extendablesoftwarearchitectures,andprovidehighefficientscenerenderingmethodandconvenientapplication
programminginterfaces.Itcangreatlyacceleratethedevelopmentof3Dgraphicsandprovidesupportsforits
efficientrunning.Experimentalresultsshowthatthisenginehashighstabilityandhighrenderingspeed,for
renderinglarge-scaleout-doorscene,thespeedisstillabove20fps.
Keywordsgraphicsengine;plug-in;realtimerendering;realisticrendering

实时真实感图形生成是计算机科学技术的重要此外，由于底层对DirectX和OpenGL的完全封装，
研究方向，目标是使计算机可以产生与真实世界相用户无法对基本图形API进行直接操作。
同或高度近似的视觉环境，从而使用户获得身临其OSG(openscenegraph)是一款著名的3D图形引
境的视觉感受[1-2]，其应用范围覆盖大众娱乐、视景擎，主要用于虚拟现实、仿真和游戏等领域。OSG
仿真、城市规划及文化教育等诸多领域。底层只提供了对OpenGL的封装，与其他图形引擎一
近年来，随着计算机图形软、硬件的不断发展，样，拥有诸如场景管理、地形管理和底层API封装等
人们对实时真实感渲染以及场景复杂度提出了更高功能。但OSG的渲染管理比较特殊，它不是采用渲
的要求。传统的直接使用底层图形接口如OpenGL、染队列进行渲染管理，而是采用渲染树，更为高效。
DirectX开发图形应用的模式越来越暴露出开发复Irrlicht引擎是一款开源、跨平台的3D引擎，底
杂性大、周期长、维护困难的缺陷。鉴于以上原因，层封装了DirectX和OpenGL，并提供基于GLSL和
三维图形引擎相关技术受到了广泛的关注。目前，HLSL的可编程渲染管道。该引擎结构简单、速度快。
国外已有众多商用或开源三维图形引擎，如但Irrlicht以牺牲渲染质量达到高速的目的，在光照
OGRE[3]、OSG[4]等。等真实感方面比较薄弱。
OGRE(object-orientedgraphicsrenderingengine)纵观目前国内外三维图形引擎的发展格局，开
是一种用C++实现的跨平台开源三维图形引擎。该发具有自主知识产权、融入新方法、新技术的三维
引擎底层对DirectX、OpenGL进行完全封装，采用图形引擎是我国在信息技术领域的一项重要目标。
了基于插件的体系结构，方便用户使用和功能扩