基于 GPU 渲染的高性能空间包围计算

　　现代煤矿开采过程中，安全一直是最大的挑战之一。地质空间中存在诸多如瓦斯积聚、地质构造异常、水文条件不利等隐蔽致灾因素，一旦被触发，可能引发灾难性的后果。因此在安全生产过程中有效的管理和规避各隐蔽致灾因素，有着重要的意义。

　　通过对煤矿地质空间中各地质因素建模，建立空间数据库，还原地下真实场景，使用计算机图形学进行空间计算，可以实时监测各隐蔽致灾因素的位置和距离，指导安全生产，并进行可视化展示j9九游会体育。

　　空间包围检测有多种方法，比如基于包围盒的检测，三角面碰撞检测等。本文提出了一种基于GPU渲染的高效计算方法。

　　方法 1：遍历模型所有的点，计算点和球心的距离。如果有距离小于 r，模型在球体范围内。

　　方法 2：以检测区域的包围盒为正交投影空间，渲染所有需要检测的模型。渲染过程中计算每个渲染点到球心的距离，如果有距离小于r的渲染点，模型在球体范围内j9九游会体育。

　　图 5：模型完全包含球体范围：模型如果是空心的，方法 1 + 2 可检测模型不在球体范围内。如果需要计算结果是模型在球体范围内，也就是模型是实心的j9九游会体育，建模时需要在模型内部加上额外的辅助计算的三角面，用于表达内部信息。此时用方法 1 + 2 可检测模型在球体范围内。

　　准备一张 N X N 纹理图 texture1（HT RenderTarget)，保证要检测的模型的数量不大于 N X N。每一个模型在纹理上分配一个像素，像素的位置为 (x，y)。

　　顶点着色器：检测每个点到球心的距离，将距离是否小于r的信息传给片段着色器。指定的位置 (x，y) 赋给 gl_Position。

　　JavaScript 程序遍历每一个待检测模型，将模型的顶点和模型在纹理上的位置 (x，y) 通过 attribute 和 uniform 传给顶点着色器。所有模型渲染结束后，使用异步 readPixels 将渲染结果读出来。通过判断读取结果里每个像素点颜色值，获得模型是否在球体内部信息。

　　顶点着色器：根据输入的 texture2 坐标（attribute），使用 texture2D 获取对应位置的颜色值，如果是红色，表示模型在球体内部，将此信息传给片段着色器。模型在 texture1 上的位置信息 (x，y) 赋给 gl_Position。

　　JavaScript 程序遍历每一个模型，使用着色器 1 将结果渲染到 texture2j9九游会体育。渲染过程使用正交透视矩阵，视锥是球体的包围盒。JavaScript 将 texture2 （uniform sampler2D）、texture2 每个像素的 x, y位置信息 （attribute）、模型在 texture1 上的位置信息 (uniform) 传给顶点着色器 2。片段着色器 2 将模型是否在球体内的信息渲染到 texture1。所有模型渲染结束后，使用异步 readPixels 将渲染结果读出来。通过判断读取结果里每个像素点颜色值，获得模型是否在球体内部信息。

　　方法 1 简单快速。但检测结果不准确。方法 2 检测结果准确，但计算过程复杂。实际使用中两种方法结合使用。首先使用方法 1 检测。对于不在球体范围内的模型，再使用方法 2 检测。

　　如果需要检测椭球体范围或者长方体的范围，可以获取椭球体或长方的变换矩阵，计算获得逆矩阵。将逆矩阵应用于每一个待检测模型的节点。此时只需要检测变换后的模型是否在单位圆或单位立方体内即可。HT SDK 3D 引擎库提供了丰富的数学计算 API，可以非常直观简洁的实现以上功能。

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