基于样图的肝脏体纹理合成与映射方法

为了能够在虚拟手术仿真系统中,可以清楚地看到肝脏的内部真实情况,增强用户的视觉临场感,将体纹理的原理与方法引入到肝脏的真实感绘制中。首先对样本集进行了处理,采用多样本的体纹理合成方法合成肝脏体纹理。其次,为了提高图形硬件的映射效率,将纹理地图集引入体纹理的映射中,采用基于三角形包围盒高度递减排序的方法填充纹理地图集,提高了纹理地图集的填充率。实验结果表明,映射之后的肝脏模型能够清晰地展示肝脏的内部纹理结构。研究成果对于虚拟肝脏手术的真实感绘制具有重要的意义,也为其它人体器官的体纹理合成与映射提供了思路。

基于样图的木材体纹理绘制方法

传统的体纹理绘制方法采用函数模型定义体纹理空间的颜色,模拟不同的纹理特征需要反复调整与测试相关参数,且在多数情况下不能获得令人满意的结果。以木材体纹理绘制为例,提出了一种基于样图的体纹理绘制新方法。该方法针对木材纹理的结构特点构造样图空间与体纹理空间的几何映射关系,采用木纹样图的像素纹理值定义体纹理空间的颜色。实验结果表明,绘制的纹理不仅较好地模拟了木纹样图中的纹理特征,而且在物体各表面交界处保持连续。由于纹理样图可根据用户需要任意选取,基于样图的体纹理绘制方法显著提高了计算机生成木纹的真实感与多样性。

空间各向异性肝动脉体纹理合成方法研究

针对空间上具有各向异性的体纹理,提出一种基于样本的体纹理合成方法,把二维情况下基于二维纹理样本块的粘贴技术扩展至三维,应用到构建好的肝动脉模型。根据用户在四面体网格上定义的张量场,以四面体为合成单元,粘贴各向异性的三维纹理样本块。实验结果与理论分析表明,该方法可以在任意三维区域根据用户的交互合成预期的纹理效果,且能够较好地模拟肝动脉的内部结构,实现切割的实时可视化。

一种基于样图的体纹理快速生成算法

由于现有的体纹理生成方法难以快速生成与指定样图相似的体纹理,针对大理石与木材2种典型的纹理类型,提出一种基于二维样图快速生成体纹理的算法.根据纹理的空间分布特征设计二维样图在三维空间中的运动路径,然后使样图像素通过其运动轨迹对三维空间着色,生成体纹理空间;设计了五次Catmull-Rom样条函数用于噪声插值,以此构造湍流函数扰动样图运动轨迹,模拟实际纹理的不规则性;采用基于三角形最长边垂直放置与高度递减装配策略的纹理地图集生成算法,用于保存从体纹理空间获取的表面纹理.实验结果表明,该算法能够在网格表面生成高度真实感的体纹理,有效地保持了与样图纹理的相似性,运行时间仅需几秒钟.

基于体纹理的肝脏可视化仿真方法研究

虚拟肝脏模型的绘制和切割是虚拟手术研究的一个重要课题,对临床手术具有重要的指导意义。论述并设计了一种虚拟肝脏建模方法,将重叠体纹理应用到肝脏体上并实现切割的实时可视化,给出了肝脏绘制和切割的实验结果。结果表明,该方法能够满足虚拟手术对肝脏的实时绘制和切割的要求,具有一定的应用价值。

基于样图的层式体纹理合成算法

针对深度方向上具有特征差异的层式纹理,提出一种基于样图的体纹理合成算法。采用基于全局优化的合成框架,在预处理中生成反映样图深度方向上特征差异的特征分布图,将其纳入相似性度量,合成时考虑3个正交方向上的邻域相似性,并利用k相关性搜索进行迭代优化。实验结果表明,该算法能保证合成纹理在深度方向上特征分布的相似性及水平截面的特征合理性,具有较高的合成质量和较快的收敛速度。

基于二维纹理样本的方向场引导的体纹理合成

提出一种考虑方向场的体纹理合成新方法.在二维纹理样本中搜索邻域,采用优化的邻域匹配算法逐个合成体素;在匹配二维纹理样本像素邻域和体素邻域时,考虑各体素上的方向,生成各向异性体纹理,并允许采用各向异性的二维纹理样本获得满意的合成结果.方向场可由过程式方法生成,也可由三维医学数据处理而得.实验结果表明,从动物的弥散张量图像得到的方向场能有效地合成真实的动物肌肉纹理,为计算机图形学提供了一种新的肌肉建模手段.

用弯曲体纹理构造发型

毛发的造型和绘制技术是当今计算机图形学中的一个突出难题 .因为头发形状精细、数量庞大 ,传统的造型和绘制技术很难达到令人满意的效果 .针对人的头发 ,提出并在数学上表示出了弯曲体纹理 .接着参照理发师制作发型的过程 ,将头皮曲面予以特别处理 ,并以人头部的形状为依据 ,给出简单发型的构造方法 .然后根据头皮曲面上四边形的结构关系 ,用插值方法将简单造型予以修正和发展 ,给出了几个发型构造的实例 .最后绘制出具有较为真实效果的发型图 .

复用计算的虚拟肝脏体纹理合成与映射方法

虚拟手术中器官纹理能够给用户直观反映,加强临场感和操作感。研究在虚拟肝脏手术中纹理的表现技术,先合成体纹理空间,把二维情况下基于复用计算的纹理合成技术进行改进,扩展至三维空间中进行体纹理块分布并着色;同时计算每个三角面片内部点集并着色,以此增加纹理的真实感;切割肝脏体能看到内部纹理。实验结果表明,该方法能够生成具有高度真实感以及同样本体纹理相似的三维纹理,且合成速度能够满足虚拟手术要求。

CUDA加速的肝脏体纹理合成与映射方法研究

提出一种基于计算机统一设备架构加速(CUDA)的肝脏体纹理合成与映射方法,用于解决传统方法中合成肝脏体纹理耗时过长的问题。新方法消除了传统串行纹理合成中的关联性,采用基于CUDA构架的多线程并行处理来进行肝脏体纹理空间合成中的选块和布块工作,将映射计算中肝脏体模型表面网格节点着色、三角面片内部点集遍历的方法并行化,转移到GPU上进行计算。实验结果表明,该方法在保证肝脏体纹理真实感的同时,具有更高的合成速度。

基于体纹理技术的瀑布与地形碰撞检测

采用体纹理技术进行瀑布与地形的碰撞检测.同采用层次包围盒的瀑布的碰撞检测不同,该方法将地形图元的平面方程通过实例化技术绘制到体纹理,再通过瀑布粒子运动位置对体纹理进行采样,由粒子与平面的距离判断瀑布粒子是否与地面发生碰撞,并根据反射规律决定瀑布粒子碰撞后的运动,从而绘制出瀑布下落后沿着地表面随着地势流动的效果.实验表明,该方法能够满足实时性绘制要求.

基于体纹理的瀑布碰撞检测

与采用层次包围盒的瀑布的碰撞检测不同,采用将地形图元的平面方程,通过实例化技术绘制到体纹理;通过瀑布粒子运动位置对体纹理进行采样,由粒子与平面的距离判断瀑布粒子是否与地面发生碰撞;并根据反射规律决定瀑布粒子碰撞后的运动,绘制出瀑布下落后沿着地表面随着地势流动的效果。实验表明,这种方法能够满足实时性绘制要求。

一种肝脏体纹理压缩方法

文章针对肝脏体纹理色彩锐变图像的局部特征,提出了基于块的游程编码和改进的S3TC混合编码方法。按照4×4像素对肝脏体纹理图像进行分块,直接抽取四种15 bits RGB565颜色作为四色查找表,而不进行插值计算,然后进行混合编码。实验证明,此算法对肝脏体纹理锐变图像较之传统的S3TC编码具有更高的压缩比和更好的图像重建品质。该方法对肝脏体纹理压缩具有较高的参考价值和实用价值。

基于多组体纹理切片的草地场景快速仿真技术

高度真实感的草地场景仿真是计算机图形学和仿真领域具有挑战性的课题。传统的基于几何的方法能够表现草体丰富的细节,但是庞大的数据量对于实时仿真并不完全适用。基于图像的方法虽然大大提高了仿真效率,但是对细节的表现不足。基于体纹理的方法在表现结构复杂且具有重复性的场景方面具有优势。应用体纹理的算法,可以在保证一定场景真实感的前提下,提高仿真效率。结合可编程图形处理器(GPU)的技术,设计并实现了基于多组体纹理切片的草地场景快速仿真算法。利用光线投射法,分别得到三组单方向体纹理的绘制效果。再根据视线的方向,决定每组体纹理图像的贡献度,进行加权融合。实验结果表明,算法在保证较高真实感的前提下,实现了草地场景的实时仿真。

一种八叉树编码加速的3D纹理体绘制算法

针对后分类3D纹理体绘制算法在数据量较大或片元着色程序较复杂时绘制速度较慢的问题,提出了一种基于八叉树编码的加速算法.首先设置八叉树的高度,并根据空间位置对体数据逐层剖分,然后构建八叉树,用八叉树结点来保存生成子块的相关信息,最后遍历八叉树来实现空间跳跃,减少了在体数据内采样生成的片元数量,从而缩短了GPU对片元进行着色、测试、混合等处理的时间.实验结果表明,该算法可应用于不同片元程序的纹理体绘制中,绘制速度均在10帧/s以上,与自适应分块加速算法相比,该算法能获得平均3.7的高加速比.

基于级联体素纹理的VCT全局光照算法

针对大规模场景的全局光照渲染往往因为计算量过大而无法满足实时性要求的问题进行了研究,提出一种高性能的体素圆锥追踪(voxel cone tracking,VCT)全局光照算法。算法包括:a)在体素化阶段,提出一种新型的场景光照信息表示级联体素纹理结构,该结构极大地减少了存储场景的内存消耗而且具有各向异性,在处理大规模场景时具有速度快、质量高的优势;b)在光照计算阶段,基于级联体素纹理结构提出一种改进的圆锥追踪滤波器,能够提高光照注入和反射光计算的效率;c)改进场景的体素化更新策略进一步提高了算法的运行时帧率。实验证明,本算法在降低内存占用空间和提高速度方面均远优于原VCT算法,满足了大规模场景中全局光照计算的实时性要求。

基于顶点编程的三维纹理硬件体绘制算法

为克服图形硬件对传统纹理映射体绘制的限制,提出并分析讨论了采用顶点编程来有效地实现基于纹理的体绘制中的切片组与包围盒相交过程的方法。这种新颖的技术能保证顶点处理器、片段处理器与内存宽带间工作量的平衡。同时,通过对梯度的实时计算来减少在传统纹理映射体绘制中巨大的内存消耗。最后应用这种技术结合空区域跳跃技术,有效地去除了体数据中的空区域,降低了硬件的负载,加速了体绘制的过程。测试表明对较大规模的体数据,该算法能较大地提高性能。

基于视景体剔除和多分辨率的二维纹理体绘制

需要载入大量数据到纹理是降低二维纹理体绘制速度的主要原因之一。通过视景体剔除和多分辨率的方法,可以大幅减少载入纹理的数据量。实验结果表明,此算法能在不降低图像质量前提下,能有效地提高二维纹理体绘制的图像生成速度。

GPU编程在三维纹理映射体绘制中的应用

三维纹理映射体绘制是一种基于硬件的经典体绘制方法。文中给出了利用OpenGL进行GPU(Graphic Processing Unit,图形处理器)编程,以充分发挥显卡在图像处理方面的并行处理能力和计算性能,加速三维重建的具体方法。和传统的体绘制算法相比,该方法可明显提高三维重建速度并改善三维重建效果。

采用非均匀纹理层的短毛实时绘制

提出一种采用非均匀纹理层来实时绘制真实感短毛的方法,通过混合绘制多层次半透明纹理层来表示物体表面的毛发效果,根据视点位置以及物体表面各部位毛发形态的不同,自适应地采用不同的层数来表示物体各部位的毛发.这种非均匀层数的方式可以在保证绘制质量的情况下尽量减少绘制的面片数,从而加快绘制速度.该方法对中等规模的模型达到了实时的处理速度,并可以有效地表现物体表面的局部性长毛或倒伏毛发等各式毛发形态.