Games101作业6(BVH的构建和遍历)

最新推荐文章于 2024-09-26 11:01:02 发布

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分类专栏：计算机图形学文章标签： c++

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本文介绍了如何构建和优化多物体场景中的二叉空间分割树(BVH)，包括单物体、双物体和多物体情况下的递归划分方法，以及如何利用BVH结构进行碰撞检测的遍历过程。着重提到代码中的优化建议，如删除不必要的包围盒计算。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

文章目录

- BVH的构建
- BVH的遍历

BVH的构建

在这里插入图片描述
在场景中只有一个物体时，直接对该物体进行划分

对应代码

 node->bounds = objects[0]->getBounds();
        node->object = objects[0];
        node->left = nullptr;
        node->right = nullptr;
        node->area = objects[0]->getArea();
        return node;

在这里插入图片描述
在场景中有两个物体时，将两个物体包围起来，再分别进行划分，对于代码

		node->left = recursiveBuild(std::vector{objects[0]});
        node->right = recursiveBuild(std::vector{objects[1]});

        node->bounds = Union(node->left->bounds, node->right->bounds);
        node->area = node->left->area + node->right->area;
        return node;

当场景中有多个物体时，先找到xyz哪一项加起来的值最大，以最大的坐标进行排序，进行划分，以下图为例，如果X的和最大，即对X进行划分
在这里插入图片描述

对应代码

    else {
        Bounds3 centroidBounds;
        for (int i = 0; i < objects.size(); ++i)
            centroidBounds =
                Union(centroidBounds, objects[i]->getBounds().Centroid());
        // 判断xyz哪个坐标最大
        int dim = centroidBounds.maxExtent();
        switch (dim) {
        case 0:
            std::sort(objects.begin(), objects.end(), [](auto f1, auto f2) {
                return f1->getBounds().Centroid().x <
                       f2->getBounds().Centroid().x;
            });
            break;
        case 1:
            std::sort(objects.begin(), objects.end(), [](auto f1, auto f2) {
                return f1->getBounds().Centroid().y <
                       f2->getBounds().Centroid().y;
            });
            break;
        case 2:
            std::sort(objects.begin(), objects.end(), [](auto f1, auto f2) {
                return f1->getBounds().Centroid().z <
                       f2->getBounds().Centroid().z;
            });
            break;
        }

        auto beginning = objects.begin();
        auto middling = objects.begin() + (objects.size() / 2);
        auto ending = objects.end();

        auto leftshapes = std::vector<Object*>(beginning, middling);
        auto rightshapes = std::vector<Object*>(middling, ending);

        assert(objects.size() == (leftshapes.size() + rightshapes.size()));

        node->left = recursiveBuild(leftshapes);
        node->right = recursiveBuild(rightshapes);

        node->bounds = Union(node->left->bounds, node->right->bounds);
        node->area = node->left->area + node->right->area;

代码冗余部分
在recursiveBuild中，有如下代码，bounds对象创建而未使用

Bounds3 bounds;
    for (int i = 0; i < objects.size(); ++i)
        bounds = Union(bounds, objects[i]->getBounds());

bounds对象的目的，找到该区域的包围盒，但可以通过方式找到包围盒，这种遍历方式较为耗时建议删除。
在这里插入图片描述

BVH的遍历

对BVH的结构的理解，在BVH的非叶子节点中，都有多个物体，所以走到只有叶子节点的时候才会真正的与物体求交，因此我们需要从根节点遍历到叶子节点，才进行与物体的求交

代码如下


Intersection BVHAccel::getIntersection(BVHBuildNode* node, const Ray& ray) const
{
    // TODO Traverse the BVH to find intersection
    if (node == nullptr)
    {
        return Intersection();
    }

    std::array<int, 3> dirIsNeg;
    dirIsNeg[0] = (ray.direction[0] > 0);
    dirIsNeg[1] = (ray.direction[1] > 0);
    dirIsNeg[2] = (ray.direction[2] > 0);

    if ((node->bounds.IntersectP(ray, ray.direction_inv, dirIsNeg)) == false)
    {
        return Intersection();
    }

    // 在叶子结点
    if (node->left == nullptr && node->right == nullptr)
    {
        return node->object->getIntersection(ray);
    }

    Intersection left = getIntersection(node->left, ray);
    Intersection right = getIntersection(node->right, ray);

    if (left.distance < right.distance)
    {
        return left;
    }

    return right;

}