Представление трёхмерных объектов для логических преобразований в реальном времени
Main Article Content
Аннотация
Дан сравнительный анализ методов представления трёхмерных объектов для выполнения булевых операций в реальном времени в среде игрового движка Unity. Рассмотрены четыре основных подхода: полигональное представление на основе конструктивной твердотельной геометрии (CSG), функции знакового расстояния (SDF), воксельные методы и CAD-системы с представлением границ (B-Rep) и NURBS-поверхностями.
Проведено экспериментальное исследование производительности полигональных алгоритмов булевых операций и SDF-функций на основе реализации ray marching. Выявлено, что полигональные методы характеризуются высокими начальными затратами на построение системы, но обеспечивают стабильную производительность при длительных операциях и сохранение результатов преобразований. SDF-функции демонстрируют высокую скорость выполнения операций и гибкость в создании сглаженных переходов между объектами, однако ограничены в применении для долговременных задач из-за особенностей вычислительной модели.
Определены области эффективного применения каждого подхода: полигональные методы рекомендуются для задач, требующих точного геометрического контроля и интеграции с традиционными графическими конвейерами, в то время как SDF-функции оптимальны для процедурной генерации, многослойного рендеринга материалов и создания динамических визуальных эффектов. Результаты исследования могут быть использованы при разработке интерактивных симуляторов, игровых приложений и систем виртуальной реальности.
Article Details
Библиографические ссылки
2. Laidlaw D.H., Trumbore W.B., Hughes J.F. Constructive solid geometry for polyhedral objects // Proceedings of the 13th annual conference on Computer graphics and interactive techniques. 1986. P. 161–170.
3. Mäntylä M. An introduction to solid modeling. Computer Science Press, Inc., 1987.
4. Jacobson A., Kavan L., Sorkine-Hornung O. Robust inside-outside segmentation using generalized winding numbers // ACM Transactions on Graphics (TOG). 2013. Vol. 32, No. 4. P. 1–12.
5. Perlin K., Hoffert E.M. Hypertexture // Proceedings of the 16th annual conference on Computer graphics and interactive techniques. 1989. P. 253–262.
6. Hart J. C. Sphere tracing: A geometric method for the antialiased ray tracing of implicit surfaces // The Visual Computer. 1996. Vol. 12, No. 10. P. 527–545.
7. Jones M.W., Baerentzen J.A., Sramek M. 3D distance fields: A survey of techniques and applications // IEEE Transactions on visualization and Computer Graphics. 2006. Vol. 12, No. 4. P. 581–599.
8. Quilez I. Smooth Minimum. 2013. URL: https://iquilezles.org/articles/smin
9. Quilez I. Smooth Minimum on ShaderToy // ShaderToy. URL: https:// www.shadertoy.com/view/DlVcW1
10. Walczyk M. Ray Marching. Personal Blog. URL: https://michaelwa lczyk.com/blog-ray-marching.html
11. Lorensen W.E., Cline H.E. Marching cubes: A high resolution 3D surface construction algorithm // Seminal graphics: pioneering efforts that shaped the field. 1998. P. 347–353.
12. Zhou K. et al. Data-parallel octrees for surface reconstruction // IEEE Transactions on visualization and computer graphics. 2010. Vol. 17, No. 5. P. 669–681.
13. Chou M.-L. Unity Ray Marching // GitHub. URL: https://github.com/TheA llenChou/unity-ray-marching
14. Quilez I. 3D SDFs. 2013. URL: https://iquilezles.org/articles/distfunctions/
15. Catto E. Dynamic Bounding Volume Hierarchies // Game Developers Conference. 2019. URL: https://box2d.org/files/ErinCatto_DynamicBVH_GDC2019.pdf
16. Bernstein G., Fussell D. Fast, exact, linear booleans // Computer Graphics Forum. Oxford, UK: Blackwell Publishing Ltd, 2009. Vol. 28, No. 5. P. 1269–1278.
17. Sharaeva R. A. et al. Approaches to the design of virtual simulators of surgical operations // Russian Digital Libraries. 2022. Vol. 25, No. 5. P. 489–532.
18. Kugurakova V. et al. Virtual surgery system with realistic visual effects and haptic interaction // Proc. of The International Conference On Artificial Life And Robotics. 2017. P. P86–P89.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Представляя статьи для публикации в журнале «Электронные библиотеки», авторы автоматически дают согласие предоставить ограниченную лицензию на использование материалов Казанскому (Приволжскому) федеральному университету (КФУ) (разумеется, лишь в том случае, если статья будет принята к публикации). Это означает, что КФУ имеет право опубликовать статью в ближайшем выпуске журнала (на веб-сайте или в печатной форме), а также переиздавать эту статью на архивных компакт-дисках журнала или включить в ту или иную информационную систему или базу данных, производимую КФУ.
Все авторские материалы размещены в журнале «Электронные библиотеки» с ведома авторов. В случае, если у кого-либо из авторов есть возражения против публикации его материалов на данном сайте, материал может быть снят при условии уведомления редакции журнала в письменной форме.
Документы, изданные в журнале «Электронные библиотеки», защищены законодательством об авторских правах, и все авторские права сохраняются за авторами. Авторы самостоятельно следят за соблюдением своих прав на воспроизводство или перевод их работ, опубликованных в журнале. Если материал, опубликованный в журнале «Электронные библиотеки», с разрешения автора переиздается другим издателем или переводится на другой язык, то ссылка на оригинальную публикацию обязательна.
Передавая статьи для опубликования в журнале «Электронные библиотеки», авторы должны принимать в расчет, что публикации в интернете, с одной стороны, предоставляют уникальные возможности доступа к их материалам, но, с другой, являются новой формой обмена информацией в глобальном информационном обществе, где авторы и издатели пока не всегда обеспечены защитой от неправомочного копирования или иного использования материалов, защищенных авторским правом.
При использовании материалов из журнала обязательна ссылка на URL: http://rdl-journal.ru. Любые изменения, дополнения или редактирования авторского текста недопустимы. Копирование отдельных фрагментов статей из журнала разрешается для научных исследований, персонального использования, коммерческого использования до тех пор, пока есть ссылка на оригинальную статью.
Запросы на право переиздания или использования любых материалов, опубликованных в журнале «Электронные библиотеки», следует направлять главному редактору Елизарову А.М. по адресу: amelizarov@gmail.com
Издатели журнала «Электронные библиотеки» не несут ответственности за точки зрения, излагаемые в публикуемых авторских статьях.
Предлагаем авторам статей загрузить с этой страницы, подписать и выслать в адрес издателя журнала по электронной почте скан Авторского договора о передаче неисключительных прав на использование произведения.