三维数据处理软件架构

三维数据处理软件都包含哪些模块

三维数据处理软件,一般包含三个模块:数据管理和处理,三维渲染,UI。 这与图形学的三个经典问题是相对应的:建模,渲染和交互。与一般常见的数据处理软件,比如图像视频处理,不同的是,这里的数据展示模块需要三维渲染。与之对应的UI操作,也变成了一些三维空间的变换,比如模型的旋转缩放等。


如何搭建一个简单的三维数据处理软件

那么如何快速的搭建一个三维数据处理软件呢?采用搭积木的方式,每个模块都有很多现成的开发包可以选择。比如UI模块处,一般常见的有MFC,QT,MyGUI(Magic3D使用的UI)等。数据处理算法方面,常见的有Geometry++,CGAL,OpenMesh,PCL等。渲染模块,可以使用OpenGL或者Direct3D,也可以使用渲染引擎,如OGRE,OSG等。


如何选择几何算法开发包

几何算法模块,一般有三种选择:自主开发,使用开源库,使用商业库。如何选择呢?开发包API的生命周期,大概分为开发,维护和升级。对于一个算法,几乎不可能开发出放之四海皆准的API。它的绝大部分时间都在维护和升级。开发包的选择,其实就是一个成本问题。开发阶段主要是时间成本,如何快速的实现目标功能是最关键的问题。维护和升级阶段需要尽量低的成本开销。所谓开源库免费,其实只是在开发阶段免费,而开发阶段最看重的却是时间成本。有了源代码就需要人去维护,没有人维护的源代码是没有用处的。商业库的主要优势就是有专业的团队来维护和升级这些API,并且成本会比个人做得更低。如果想清楚API的生命周期以及每个阶段的成本开销后,根据自身具体情况,就能很容易的做出选择了。


数字几何处理是什么

数字几何处理,一般是指点云网格数据的处理。和传统的NURBS正向建模的模型相比,数字几何处理的对象一般是三维扫描仪采集的数据,是曲面的离散表达,也就是数字化的。它的研究内容包括数据的获取,存储,表示,编辑,可视化等等。

digital media

OpenGL是什么

OpenGL是一套跨平台的图形绘制API,它通过一系列API把三维模型渲染到2D屏幕上。OpenGL采用了流水线机制,其绘制过程也称为渲染流水线。此外还有OpenGLES,主要用于嵌入式系统,或者移动平台;WebGL主要用于Web浏览器里的图形绘制。


OpenGL流水线

OpenGL通过一系列API可以设置渲染流水线的状态,所以OpenGL也是一个状态机。三维模型通过一些处理,最终渲染到2D屏幕上:

  • 模型离散为三角面片:所有模型都需要离散为三角面片,OpenGL只接受三角面片输入。注意,虽然OpenGL也可以接受四边形,NURBS等输入,其本质最后都是三角面片的绘制。
  • Vertex Shader把三维三角片转化到屏幕坐标系下的2D三角片:这个过程包含了变换,裁剪等操作
  • 2D三角片的光栅化:2D三角片被离散化,用屏幕坐标系的像素来表示,这也叫光栅化。
  • Pixel Shader为光栅化后的模型像素着色。
  • 上面是渲染流水线的大致描述,其中还有很多细节,不同的API也有些细节上的差别。最早的OpenGL是固定的流水线,也就是只能通过API来设置一些流水线中的状态。现代的OpenGL开放出了一些Shader,用户可以自己为Shader写代码,利用Shader可以写出各式各样的渲染效果。


    渲染模块使用OpenGL还是渲染引擎

    如果渲染模块不是主要业务,建议使用渲染引擎。因为引擎内有很多现成的工具可以使用,减少开发的时间成本。