Разбиение двоичного пространства на разделы
-
История бинарного разбиения пространства
- Разработано в 1969 году для ускорения рендеринга 3D-сцен.
- В 1980 году Фукс и др. расширили метод до 3D-объектов.
- В 1981 году Нейлор защитил докторскую диссертацию, включающую деревья BSP и теоретико-графовый подход.
-
Основные принципы и применение
- Разделение пространства на две части с помощью гиперплоскостей.
- Представление объектов в виде древовидной структуры данных (дерево BSP).
- Используется в рендеринге, САПР, робототехнике, трассировке лучей и других приложениях.
-
Алгоритм построения дерева BSP
- Рекурсивное разбиение сцены на две части.
- Выбор плоскости разбиения зависит от назначения дерева.
- Построение дерева выполняется один раз для статической геометрии.
-
Преимущества и недостатки
- Быстрый метод сортировки полигонов и избегания ошибок.
- Создание дерева занимает много времени, что делает его неэффективным для движущихся объектов.
-
Современные применения
- Используется в играх, таких как Doom и Quake.
- Применяется в САПР и других областях, связанных с пространственными сценами.
-
Выбор плоскости разбиения
- Выбор полигона или линии для плоскости разбиения важен для эффективного дерева BSP.
- Важно минимизировать увеличение дерева, сохраняя разумный баланс.
-
Обход дерева BSP
- Дерево BSP просматривается за линейное время в порядке, определяемом функцией дерева.
- Для правильного рендеринга многоугольника P сначала рисуются все многоугольники за плоскостью, затем P и, наконец, многоугольники перед P.
- Этот порядок соблюдается рекурсивным обходом дерева BSP.
-
Алгоритм обхода дерева BSP
- Из заданного местоположения просмотра V визуализируются полигоны в текущем узле.
- Визуализируются дочерние деревья BSP, содержащие полигоны за и перед текущим узлом.
- Процесс повторяется для всех полигонов в сцене.
-
Пример применения алгоритма
- Дерево BSP, сгенерированное выше, визуализируется в порядке D1, B1, C1, A, D2, B2, C2, D3.
- Дерево просматривается за линейное время, отображая полигоны в порядке от дальнего к ближнему.
-
Применение деревьев BSP
- Деревья BSP часто используются в 3D-видеоиграх, особенно в шутерах от первого лица и с внутренней средой.
- Игровые движки, использующие деревья BSP, включают Doom, Quake, GoldSrc и Source.
- Деревья BSP используются вместе с Z-буфером для корректного объединения подвижных объектов с фоновой сценой.
-
Ограничения деревьев BSP
- Бинарное разбиение пространства не решает проблему определения видимой поверхности.
- Деревья BSP также применялись для сжатия изображений.
-
Альтернативные методы
- Иерархическая кластеризация и гильотинная резка также используются для эффективного рендеринга 3D-моделей.