基于复杂场景图的光线追踪渲染的Kd-tree构造

在基于光线跟踪等的全局光照绘制中,改良空间划分结构一直是各种加速策略中重要的方法之一。对常见的空间结构构建方法进行研究,针对复杂室内场景提出一种快速的分区构建方法。首先,算法并不直接将整个空间进行剖分,而是采用分组策略,结合包围盒进行判断,将具有一定空间联系的场景实体合并成一定数量的组;之后,对每个组使用优化后的Kd-tree构建细分结构,并提出合理的终止条件。与以往的方法相比,该方法构建的加速结构更适合于基于场景图构建的复杂室内环境,为快速生成真实感图形提供了有效的手段。

虚拟现实电力培训系统场景渲染方法改进与实现

结合虚拟现实技术、三维建模技术、计算机仿真技术的电力培训仿真系统以其高交互性、高沉浸感、低成本、安全高效的优势在电力培训领域得到了广泛的应用。从视觉和行为交互上为学员构建一个接近现实的作业环境是虚拟现实电力培训系统的最根本特征,但是电力作业培训高频率的人机交互操作会导致高质量的作业环境模型产生渲染困难,影响培训效果。为提升系统运行流畅性和实时性,提出了一种改进的四叉树场景渲染方法,利用迭代构造方法改进了传统递归遍历四叉树的过程。实际应用效果表明采用改进的场景渲染方法会使得培训系统渲染流畅,三维效果逼真,增强了系统的实时性和学员的使用体验,提升了培训效果。

空天三维仿真中空间目标实时渲染算法

近年来,随着载人航天研究的进一步加深,空天任务的复杂性和可靠性要求也日益提高。对海量目标的位置实时解算和场景渲染是空间目标实时渲染的重难点。利用层次细节模型(LOD)在动态渲染中的优势,本文提出一种海量的空间目标实时渲染方法,该算法侧重于把传统的批LOD模型优化成基于R树的LOD模型。在构建基于R树的LOD模型时,会出现索引空间重叠、查询效率低、LOD模型纹理突变等问题。因此,提出基于节点的深度调整策略消除索引空间重叠,采用快速剪枝算法提高查询效率,使用基于Shader的Alpha测试技术实现LOD模型平滑过渡,通过上述3种优化算法的协同处理,优化后的LOD模型在场景渲染时间、空间占有率、帧率等均有所改善。

大规模多分辨率地形模型简化生成方法

针对地形的四叉树简化技术 ,提出一个简单的裂缝消除算法 该算法不使用递归同样可以使四叉树满足约束条件 ,简化结果不存在T型连接 利用该算法实现了地形数据的实时显示 。

一种协同渲染环境下的场景管理策略

随着计算机图形学和虚拟现实技术的发展,场景的实时渲染逐步成为计算机图形学中一个令人关注的重要问题,而各种高沉浸感虚拟现实环境的出现使得多场景的协同实时渲染成为必要。因此,为实现多场景的协同实时渲染,提出并实现了一个协同渲染环境,并对其中采用的场景管理技术进行研究,采用八叉树和场景树相结合的方法对场景中的静态和动态实体分别进行管理,以此为基础,实施了场景管理与绘制相分离的策略。实践证明,利用这种场景管理的思想,结合通信机制,能实现多场景间的协同实时渲染,从而验证了这种场景管理思想的有效性。

平行流形空间光线投射高度场可视化算法

为了解决球形域上高度场可视化的难题,设计了一个快速的光线投射球形高度场可视化渲染系统.其主要贡献包括:光线在曲线表面行进的正确数学模型;在球形表面进行光线投射的一组精确的解析解;在多个流形空间平行迭代的光线投射算法——平行流形空间光线投射算法;一种使用缓存于GPU上的同一网格来渲染所有四叉树节点的技巧.实验结果表明,该系统不仅高效而且可以获得很高的图像质量.

基于四叉树分割的连续LOD漫游地形绘制

针对大规模地形数据访问量大、场景渲染消耗内存大、实时渲染效率低的问题,提出了一种基于四叉树分割的连续LOD(层次细节)地形绘制方案,实现了多分辨率地形的快速绘制。视见体裁剪算法判断次数少,并结合四叉树分割过程,快速地对地形数据进行裁剪。采用与视点和地形粗糙度相关的分割评价系统,在预处理阶段对地形粗糙度误差进行计算,提升了地形实时绘制的速度;同时对分割标志位按位存储,使得内存占有率大幅减少。通过分割低分辨率节点边的方式,消除了节点间裂缝。算法运行效果良好,在普通PC机上即可达到较高的帧频率和较好的漫游效果。

虚拟环境中地面运载实体地形匹配的一种新方法

地形匹配问题主要研究的是如何快速、准确地求解出运载实体和地面的接触点的问题。地形匹配问题和地表绘制算法有着密不可分的关系,地形匹配问题的具体解决是以地表绘制算法中建立的基本数据结构为基础的,因此,随着先进的地表绘制算法的提出,就产生了地形匹配问题的新解决方案的需求。文章给出了一种基于先进的以三角形二叉树为其基本数据结构的地形绘制算法的地形匹配问题新求解方法,该方法无需建立特殊的数据结构,其地形匹配速度明显优于已有的方法。

基于二叉树和GPU的无缝地形场景渲染方法

设计了一种基于图形处理器(GPU)的无缝地形渲染方法。该方法基于二叉树构建多层次地形网格,该网格用基于行、列号的地形模板表示。在设计过程中,将高程数据转化为适于GPU读取的高程纹理图,再通过顶点纹理提取(VTF)技术从纹理图中采样出高程值用于渲染,整个过程在GPU端完成,提升了地形数据访问效率。同时,采用实时优化自适应网格(ROAM)算法的强制拆分法,通过控制相邻地形块的等级来消除裂缝。最后,采用TriangleStrip方式进行渲染,避免了相邻三角形中顶点坐标数据的重复传递,减少了传递到GPU的数据量。用两块地形数据对算法渲染效率进行了检验,并将算法与Clipmap算法进行了帧率对比。结果表明,该算法有效解决了分块数据的裂缝问题,达到了交互式地形渲染的要求。

动态场景的快速光线跟踪技术

基于加速结构的光线跟踪包括加速结构的创建和遍历两个过程,kd-tree被认为是静态场景渲染中遍历效率最高的加速结构.但动态场景的光线跟踪,由于场景随时间发生改变,每帧都需要更新相应的加速结构,导致渲染速度变慢.提出了一种新的方法,为场景中的静态物体和动态物体分别创建kd-tree加速结构,每帧更新时只需更新动态部分的kd-tree,从而减少加速结构重建的开销.在CPU+GPU平台上,分辨率为1024×1024,渲染速度达到3～5fps,实现了动态场景的快速光线跟踪渲染.

基于非流形几何与特征树的异质材料实体可视化方法

提出一种异质材料实体可视化的方法.采用边界曲面细分技术减小材料分布的突变视觉效应;在不损失渲染质量的前提下,采用自适应曲面细分和冗余曲面滤除方法解决异质实体可视化效率差、难以实时显示的问题.给出了详细的异质实体边界网格生成算法,以显示异质实体的外部几何信息及其内部材料组分的三维分布.该算法采用基于特征树的曲面网格自适应细分策略,通过对异质实体特征树的拓扑结构分析来判定待渲染曲面的材料分布特性,仅对确实需要细分的曲面进行额外的网格细分,有效地减小了实体渲染中所需的计算量;利用非流形异质实体的表征方法,采用冗余曲面滤除方法直接滤除非相关的边界曲面,以满足实时可视化的要求.该方法已用于异质实体建模软件CAD4D中,实验结果表明,其可有效地实现异质实体的实时可视化显示.

真实感树木绘制技术研究

真实感树木绘制技术的研究是计算机真实感图形学的一个热点领域,因为树木复杂的细节结构使其在绘制上存在着相当大的困难。主要讨论了真实感树木的绘制方法,对国内外在该领域的工作成果进行了较为系统的介绍,并对各种绘制方法的优缺点进行了分析,最后展望了该技术的发展。

基于动态Impostor技术的树木快速绘制方法

树木快速绘制技术研究一直以来都是计算机图形绘制的一个热点领域,因为树木复杂的细节结构使其在绘制上存在着相当大的困难。提出了一种基于动态impostor技术的树木绘制方法,不仅可以快速地绘制树木,而且具有较高的真实感效果。该方法首先基于树木模型进行平面投影去创建impostor平面,然后将纹理映射到已经创建好的impostor平面上,最后通过绘制impostor纹理平面形成树木图像。当参考视点移动时,可以根据误差来决定是否动态更新impostor平面的内容。

基于粒子系统方法的焰火及树木模拟

叙述基于粒子系统方法的焰火及树木模拟，设计了它们的模型及其真实感显示，并在微机上实现。

一个新的线索KD树并行算法

KD树是三维场景渲染中常用的空间加速算法。由于SIMD计算平台不支持递归操作,导致KD树在GPU上的应用受到限制,因此提出了一个新的基于SIMD架构的并行KD树算法。通过创建时对KD树线索化,不仅省去堆栈使用,且因无需回溯到根节点而减少大量无效遍历操作,实现了基于GPU的高效并行加速。实验结果表明,线索KD树算法每秒计算的光线数与传统算法相比,提高3~8倍不等,最终显著提高光线跟踪渲染速度。

树木的建模与实时渲染技术

详细论述了树木生成以及渲染的实现过程。描述了一个使用随机L-系统的树木建模方法,以及几何绘制和替代物渲染相结合的树木渲染方法,并讨论了树木阴影的生成。最后,使用VC++和OpenGL设计了一个树木的生成器和一个树木的渲染器,实现了树木的建模与渲染。程序的运行结果表明,该方法能够取得较好的渲染效率和不错的视觉效果。

大规模地形场景流式渐进传输

结合基于小波变换的渐进几何压缩和流式传输技术,设计了全新的海量地形数据组织方式,提出了一种在网络环境下大规模三维地形数据的远程可视化解决方案.利用数字高程模型(DEM)数据的规整性,对大规模地形场景进行合适的网格划分,采用整数小波变换对分块地形网格进行数据去相关,然后利用改进的SPIHT算法对数据进行小波零树编码压缩,压缩数据被组织成多条渐进码流的形式.在交互渲染过程中充分利用帧间相关性,根据视点位置和网络带宽等相关参数对相应压缩码流进行多分辨率自适应控制传输,有效解决了海量数据远程传输的带宽瓶颈.

基于医学影像的血管快速提取与可视化

在计算机辅助诊断系统中,血管的提取与可视化是血管研究的重要组成部分。本研究利用八叉树实现了血管的双阈值快速分割和边界距离场的快速计算;然后建立基于边界距离场的血管组织最大生成树,并提取感兴趣血管分支的树的主干,即该分支的中心路径,最后用基于图形处理器的三维纹理体绘制方法沿着路径显示血管虚拟内窥镜,用曲面重建方法显示该血管分支的相关信息。实验结果表明八叉树能有效的提高血管分割速度,并减少边界距离场的计算时间,体绘制算法和曲面重建方法能快速的显示血管组织的详细信息,为疾病诊断提供技术支持。

基于决策树分类的体绘制加速技术

为了提高体绘制速度,提出一种新的算法。该算法通过决策树对体素分类,同时采用行程编码辅助模型存储决策树分类结果。在遍历体素模型时,只访问感兴趣的体素分类,而忽略那些空的和不感兴趣的体素分类,减少了体素的计算量。实验结果表明,此算法不仅保持了图像的绘制质量,而且明显提高了体绘制速度。

一种四叉树地形渲染裂缝的改进消除算法

在大地形三维多分辨率显示中,针对裂缝消除问题提出了一种基于LOD(Level of Detail)控制和裂缝可视性的改进算法。证明在四叉树网格可视距离/尺寸比>3时,必然满足限制四叉树约束;基于裂缝的可见性,在预处理阶段通过区分地形上升裂缝和地形下降裂缝,为后者添加与裂缝大小一致的几何图形来生成裂缝消除补丁;在实时渲染过程中,既不需要通过CPU计算来控制网格的层次差,也不需要通过CPU来识别相邻网格层次差和消除裂缝。实验测试表明:该算法简单有效,附加网格数据比裙边算法减少约75%,且完全能够避免地形裂缝的显示。