Tensor based non-photo realistic rendering for Korean architectural images

Existing pen and ink sketch technologies can be applied to general images, but they could not produce optimal output for images of traditional architecture, because most images consist of exquisite straight lined patterns in traditional architecture, such as root tiles and window bars. The lines of roofs and eaves need to be described delicately to express pen and ink sketch most effectively. Therefore, by proposing a method to create white noise for light and shade of input images, to extract input vector directions from the white noise, and to determine the direction and length of stroke, a new expression technique is proposed for pen and ink sketch that could best reflect the characteristics of traditional architecture.

真实感材质外观的表示和高效渲染技术研究现状及展望

在虚拟场景的组成中,除了三维几何模型之外最重要的要素就是物体表面的材质外观,对材质进行基于物理的建模和真实感绘制是保证虚拟场景真实感的重要手段.然而,由于现实世界材质外观本身的多样性和复杂性,迄今为止对真实感材质的研究一直是计算机图形学领域的热点和难点.文中总结了材质外观的近期相关工作,从材质的表示建模和材质的真实感绘制2大方向展开讨论;进一步,将材质模型分为表达范围广的通用材质模型和针对毛发及布料等材质的特殊材质模型2大类;并将材质绘制方法分为用于离线渲染的点采样优化和用于实时渲染的材质预过滤2种;最后指出材质研究可能的3个发展方向:神经网络材质、波动光学材质和材质的统一标准,为未来该领域的研究提供思路.

基于流式路径追踪的实时真实感渲染技术

从图形处理器(GPU)的线程调度和内存访问两个角度出发,提出了一种基于流式路径追踪的实时真实感渲染方案。它将传统的路径追踪算法分解成多个独立的逻辑模块,使得算法的实现更加贴合GPU硬件的调度模式,并且使用数组结构体(SoA)风格的内存布局重新排列数据,使得算法在GPU中运行可以减少对动态随机存取存储器(DRAM)的访问次数,从而提升算法的运行性能。该方案对GPU友好,相比于无优化的路径追踪算法,在GPU中的运行时间降低了83%~88%。

大规模三维场景光线追踪渲染方法综述

光线追踪是目前最常用的真实感渲染算法,在三维动画、虚拟现实、数字孪生等领域发挥着巨大作用.随着人们对场景呈现精度和质量的要求不断增加,大规模场景光线追踪渲染方法受到了广泛关注.文中对大规模场景光线追踪的相关工作进行综述,并从多个角度对各类方法进行分析.首先从场景数据压缩和场景数据分解2个方面简述了大规模场景的数据组织方法;然后回顾了内外存调度光线追踪方法,并分析了LOD在该类方法中的应用;接着介绍了分布式光线追踪方法,并将其分为屏幕空间并行、数据并行和混合并行3类进行分析对比;最后,总结大规模场景光线追踪的研究进展,分析现有方法在数据存储、数据访问、渲染质量、渲染速度等方面的问题,并指出可能的未来研究方向,包括基于神经网络的场景数据压缩、实例化场景数据分解、计算热点预测、自适应分布式策略等.

面向建筑彩绘纹样的高质量贴图重构方法

建筑彩绘是绘制在木构建筑上的精美图案。在古建筑进行数字化展示时,通用处理方法是以网格模型加单张纹理的模式进行绘制。由于单张纹理贴图分辨率有限,无法展示所有细节,且常见的纹理为位图格式,使用多张高分辨率贴图会导致显存占用过大,致使数据交换效率变低。为解决上述难题,提出了一种高质量贴图重构方法。利用彩绘图案的自相似性和对称性,提取彩绘纹样最小不重复单元及版式信息。使用矢量数据表示最小图元并构建纹样素材库。在编辑三维模型的彩绘纹案时,通过复用图元并配置相应变换参数编码生成描述性文件,用以完成彩绘内容的渲染。实验结果表明,该方法有效减少了重复信息的存储,且提供更为清晰的细节,更好地进行数字化展示。

一种改进的铅笔画的生成方法

给出了一种改进的根据真实2D图像自动生成相应的非真实感铅笔画的方法。首先将彩色图像进行霓虹处理,再进行反相计算和灰度化,就可以产生铅笔画中的轮廓效果。其次,为了更好地产生铅笔画的光照效果及其局部走势纹理,采用线积分卷积(LIC)的方法来生成类似的效果,并且用适当的图像分割方法来获取进行LIC处理的有意义的区域。实验结果表明,本文的方法与以往的方法相比,能生成具有不同风格的效果,并且生成的速度更快。

基于GPU真实感毛发绘制

基于毛发的多层纹理表达方法,提出一种毛发实时绘制方法.该方法充分利用图形处理器的绘制功能,不仅能对毛发进行高精度快速的光照计算,而且能够高效地模拟毛发间的自阴影效果以及物体其他部分在毛发上遮挡形成的软影现象,以增强毛发的真实感效果.实验结果表明,该方法能够实时处理中等规模的模型,这对于毛发物体在电影、游戏和虚拟现实等领域的应用具有重要的价值.

数控仿真的实时真实感图形显示

数控仿真是 CAD/ CAM集成系统中一个重要的组成部分 .文中提出的方法 ,从动画显示方式、数据结构和消隐算法三个方面进行了改进 ,大大加快了仿真过程中真实感图形显示的速度 .在微机上实现了实时、动态地显示良好的真实感图形 .

基于阴影图的阴影生成算法研究现状

阴影效果在计算机图形的真实感显示中非常重要,而阴影图算法又是阴影算法的主流.文中对阴影图算法展开了系统的研究,特别是对该领域近几年的发展进行综述,从阴影图数量、参数化和内容三个方面总结归纳了各类阴影图算法的基本思想、特点及其应用环境.综合考虑以上三个方面后对特定的场景选择合适的阴影图算法,除了选择场景外,还包括光源类型、内存消耗、实时性要求、硬件支持及特殊阴影要求等.最后结合当前的技术发展和应用需求展望了阴影图领域未来的研究方向.

自然雪景的构造和绘制

合成高度复杂自然场景一直是计算机图形学中的一个富有挑战性的课题 .生成雪景或许更加困难 ,因为利用常用的造型工具 ,比如多边形和曲面来表达雪的形状非常不方便 .该文介绍一种解决这个问题的方法 ,这种方法采用位移映射 (displacem ent mapping)来构造近处由多边形构造的物体上的雪块 ,而体纹理映射 (volumetric tex-ture mapping)被用来处理远处的复杂物体 ,比如树木 .绘制结果显示 ,这种方法能够在较少的内存和计算开销的基础上绘制出高度复杂和真实的雪景 .

一种流体艺术风格的自适应LIC绘制方法

把LIC算法应用到非真实感绘制中,提出一种自适应流体艺术图的LIC绘制方法.对源图像亮度分量计算切矢量场,然后对其进行增强、平滑处理获得结构矢量场;通过随机扰动源图像获得纹理参考图像;根据结构矢量场和纹理参考图像的局部特征产生可变的LIC积分步长和步数,自适应地处理纹理参考图像;最后对绘制效果进行颜色渲染,生成具有丰富颜色特征的流体艺术图.实验表明,该方法能够较好地模拟诸如梵高画的流体艺术风格,呈现生动、灵活的波动感.

基于材质的实时渲染场景组织技术

为了提高图形渲染程序的性能,根据统一脚本核心硬件的特征,提出一种在材质空间进行二次排序的场景组织算法.首先在硬件抽象层扩展了材质的定义;然后根据扩展的材质定义重新组织场景中的对象,再在材质空间中对物体进行二次排序;最后把排序好的对象发送给图形渲染线进行渲染输出.该算法在不改变图像渲染质量的前提下,可以极大地加快图像的渲染速度.实验结果表明,文中算法可较大地提高图形渲染程序的性能.

大规模海浪场景的真实感绘制

针对计算机图形学中大规模海浪场景绘制的难题,提出一种实时绘制高真实感海浪的方法.首先提出同心圆网格模型来模拟海浪表面;然后利用基于GPU的快速傅里叶变换方法生成海浪高度图,并模拟了Choppy波,减轻了磁砖效应.分别采用立方体纹理映射、平面反射及Phong镜面反射技术模拟海面对天空、景物、太阳的反射效果,并在海面的折射效果中考虑了海水深度的影响.最后模拟了海浪中的泡沫以及景物在海面上的阴影效果.该方法已成功地应用在航海模拟器中.

用USM锐化生成铅笔画的新方法

给出了一种根据真实2D图像自动生成相应的非真实感铅笔画的新方法。首先将彩色图像进行Unsharp Mask(USM)锐化处理,再进行色彩缩放运算,得到具有一定半径的图像的边缘细节。然后,为了更好地产生铅笔画的光线效果及其局部走势纹理,采用线积分卷积(LIC)的方法生成类似的效果,并且用适当的图像分割方法来获取有意义的区域进行LIC处理。最后,把前面得到的边缘细节和LIC处理的结果分为两层进行叠底和透明处理就能得到较好的铅笔画效果。试验结果表明:使用本文方法可以产生更接近于手绘铅笔画的效果,并且生成的速度更快。

基于物理的台风建模与绘制

研究台风风场的规律并进行真实感仿真对于灾害预防、评估及宣传等有着十分重要的意义。首先从台风的物理特性出发,建立了不对称的3维台风风场,可以得到不同情况下台风的强度和风速变化;然后根据卫星云图的干区移动来预测台风移动路径;进一步模拟台风风场与物体的交互作用,实现了台风风场的3D可视化仿真预测和动态台风场景的实时绘制,得到了逼真的仿真效果。

近岸水域的波浪与水面仿真

近岸水域由于受地形的影响,其波动呈现出与地形等高线垂直的趋势.已有的海面仿真与绘制算法未能实现近岸水域的逼真模拟.文中通过对方向频率谱模型的分析,提出了波浪方向分布函数的分解模型;在已有的基于多分辨率网格和噪声分形面的海面仿真算法框架下,实现了深海水域到近岸水域的过渡以及近岸水域的模拟.实验表明,该方法适合大规模自然场景应用中的水域仿真,其绘制效果逼真性好,绘制速度较快(50FPS以上),能满足交互式应用的需求.

基于相对叶绿素含量的黄瓜叶色仿真

提出了一种基于相对叶绿素含量的植物叶片颜色仿真方法，通过连续对正常生长状态下的黄瓜叶片图像采集及相对叶绿素含量SPAD值测定，建立了黄瓜叶片颜色分量与SPAD值的数学关系模型，并采用均方根误差（RMSE）对模型进行验证，结果显示叶片的3个颜色分量R、G、B的实测值与模拟值之间的RMSE为13．43％、8．47％、7．42％，模拟效果较好。通过结合叶片色素浓度分布图对叶色空间分布进行仿真，并采用高级着色器语言实现了黄瓜叶片表观颜色变化过程的可视化模拟，获得了较好的真实感效果。

卷浪的真实感建模与绘制

巨浪的真实感绘制是计算机图形学的热点和难点之一。从浪的物理特性出发,绘制出较逼真的大规模实时卷浪场景。将卷浪的模拟分成基本波面和卷曲波面模拟。首先基于三维Gerstner海浪模型,加入Perlin噪音扰动来构建海浪的基本造型;然后采用基于物理的NURBS卷浪曲面生成算法,构建3D卷浪曲面库;随后动态搜索波面波峰,用卷浪曲面取代海面波峰,将卷浪曲面与初始波面无缝拼接;考虑不同风速与浪的交互作用,并采用相关真实感绘制技术,最后实现了不同情况下的大规模卷浪场景。

骨架驱动的作物叶片变形模拟

针对作物器官的变形问题,将骨架驱动物体变形的方法应用于作物器官的局部变形,提出了一种骨架驱动的叶片变形方法:生成叶片骨架模型,驱动骨架模型发生变形,并根据变形后的叶片骨架将变形操作应用到叶片曲面上,进而实现叶片曲面变形。应用该方法,分别对小麦叶片曲面进行弯曲和扭曲变形模拟。实验结果表明,基于骨架驱动的作物叶片形变方法能灵活控制叶片弯曲和扭曲程度,从而获得自然的叶片曲面变形效果。

产品真实感渲染技术研究

分析了AmbientOcclusion技术应用于工业产品真实感渲染的技术优势和不足,并对其原理进行了简明的阐述。通过对其原理的延伸实现了灯光的软阴影效果,并设置一个混合函数结合了AmbientOcclusion技术和灯光软阴影的优点,从而有效的改善了渲染图像的真实感。最后,采用分层渲染技术以一个产品渲染为例对改进后的方案进行了验证。