虚拟现实中基于体素渲染的计算机多媒体场景构建技术.pdfVIP

微型计算机

计算机应用2025年第10期

虚拟现实中基于体素渲染的计算机多媒体

场景构建技术

陈伟

（河北建材职业技术学院，河北秦皇岛066000）

摘 要：本文深入探讨了虚拟现实中基于体素渲染的场景构建技术。阐述了体素渲染技术概念，包括体素

定义、八叉树及稀疏体素八叉树存储结构。详细介绍了基于体素渲染的场景构建方法，涵盖场景建模阶段（体素

化过程和场景合成）和渲染阶段（光线投射算法、纹理映射和光照模型），同时分析了交互性设计（用户输入处

理和动态场景更新）中的关键技术、算法及相关数学模型，展现了该技术在虚拟现实场景构建中的应用和优化

方向。

关键词：体素渲染；虚拟现实；场景构建；交互性设计；体素化

虚拟现实技术在多媒体领域的应用日益广泛，对八叉树是一种常用的体素数据存储结构。它是一

场景构建的要求也不断提高。传统场景构建方法在满种基于树的数据结构，将三维空间递归地细分为八个

足虚拟现实复杂场景需求方面存在局限。体素渲染技子立方体。其优点在于能够有效减少存储空间，尤其

术作为一种新兴的场景构建手段，能够更有效地呈现是对于包含大量空白区域的稀疏场景。通过只存储非

三维场景信息。通过对体素渲染技术的深入研究，包空的子立方体信息，可避免存储大量无用数据。然而，

括其基础概念、场景构建方法和交互性设计，可以为虚八叉树在数据更新和查询操作时可能较为复杂，因为

拟现实场景的高质量构建提供理论依据和实践指导，每次修改可能涉及树结构的调整。

进一步拓展虚拟现实应用的深度和广度。稀疏体素八叉树则是八叉树的一种改进形式。它进

一、体素渲染技术概念一步优化了存储效率，通过更灵活的节点表示方式，只

体素是三维空间中表示信息的基本单位，可类比存储有体素信息的部分。这种结构在存储大规模稀疏体

于二维图像中的像素。在二维图像里，像素是图像在平素数据时表现出色，能快速访问体素信息，但构建和维

[1]

面上离散化的最小单元，其具有特定的颜色、亮度等护的算法复杂度相对较高，对计算资源有一定要求。

属性。而体素作为三维空间中的最小体积单元，同样承二、虚拟现实中基于体素渲染的场景构建

载着多种属性信息，包括颜色、透明度、材质类型等。方法

体素在三维空间中以离散的形式排列，它们共同构成了场景构建是虚拟现实的核心环节之一，而基于体

三维物体或场景的数字化表示。体素的大小决定了三素渲染的方法为场景构建带来了新的思路和技术实现

维模型的分辨率，较小的体素能呈现更精细的细节，路径。

但也会导致数据量的大幅增加（如图1）。（一）场景建模阶段

1.体素化过程

对于现实物体，采用三维扫描技术（如激光扫描）

来获取体素数据。以激光扫描为例，其原理基于三角测

量法。设激光发射器与接收器之间的距离为d，激光

发射角度为，则物体表面某点与激光扫描设备的

θP

图1体素渲染技术概念图