基于几何着色器的Lengyel轮廓毛发实现

在层状纹理切片表达真实感短毛发的GPU实现方法中,模型轮廓处毛发切片的计算与生成需要消耗很大的显存,影响绘制效率。通过几何着色器进行边缘检测和生成Fin,改善轮廓处毛发切片渲染效率,则不必为边缘检测在每条边都加入退化三角形到网格。与此前方法相比,显存几乎没有消耗,提高了绘制效率。

基于几何着色器的Shadow Volume实时阴影实现

通过几何着色器生成Shadow Volume实时阴影。利用几何着色器能生成新顶点与输出流的特性，将以往由CPU完成的产生封闭阴影体的计算转移到图形处理器中实现。该实现能提高算法渲染效率，可以进一步解放CPU的处理时间。比传统先由CPU生成阴影体雏形的方法更简单，性能更优秀。

基于几何着色器的三角形网格细分实现

针对基于几何着色器进行三角形的网格细分的问题，分析了几何着色器的作用和使用方法，给出了利用参数化坐标方法对三角形进行任意细节水平细分的过程。以由8个三角形组成的多边形细分成球为例，通过实验验证了整个方法的正确性。本文的研究为下一步几何着色器在具体研究领域的应用打下了基础。

基于几何着色器的逼真运动模糊实现

运动模糊为视频游戏提供了速度的真实感。这里通过几何着色器生成运动轨迹几何,结合顺序无关透明保证运动轨迹虚实得当,最后配合高精度的顶点纹理拾取技术形成纹理模糊。该方案在取得逼真效果的同时,受运行帧数的影响小,效果稳定。局限是几何着色器运算量较大,且当运动轨迹加长到一定程度,由于几何着色器输出流容量存在瓶颈,会影响其正常运行。

基于几何着色器的流场动态可视化研究与实现

为有效解决复杂流场可视化效率低下问题,加快可视化速度,提出了一种基于几何着色器的快速流场可视化算法。在流场可视化的过程当中引入几何着色器,利用GPU的并行处理能力和强大的图像处理能力对流场实时地进行箭头和流线的绘制,然后采用积分颜色映射方法,与常规的线性颜色映射法相比较,改善了颜色的均匀分布,增强流场强度层次感。实验表明,该算法可以有效地反映流场特征分布,减少可视化过程中的数据传输量,降低资源浪费,提高可视化渲染效率。

基于分形噪声和几何着色器的经编毛绒织物仿真

为提高经编毛绒织物仿真效果的真实性,解决仿真过程中因毛绒方向完全一致而过分呆板或完全随机而效果杂乱的问题,采用分形噪声方法计算毛绒织物中毛绒方向的随机性,将生成的分形噪声作为纹理送入图形处理器(GPU)中进一步调整毛绒方向。采用1组沿毛绒切线方向分布的切片来表示1根毛绒,根据毛绒切线方向和观察视线方向的关系,定义了2种切片以保证在任意视线角度下都能生成连续的毛绒效果。利用GPU的几何着色器实现了三维毛绒的模拟,通过与实际织物的对比实验,证明了该方法能在保证仿真速度的同时可实现具有自然纹理感的经编毛绒织物仿真。

基于粒子驱动的海洋仿真技术研究

近年来,游戏和虚拟现实等实时应用对于逼真的海洋场景和波浪效果的要求越来越高,针对现有的波粒子算法传输数据量大、生成波浪不够平滑的问题,提出一种新的基于粒子驱动的海洋仿真算法,几何波粒子算法.该算法首先生成用于环境模拟的环境粒子和用于交互波浪模拟的几何粒子并传输到GPU端,在几何着色器阶段将一个几何粒子分裂为大量粒子,解决传输数据量大的问题;并提出加权像素对齐算法对两种粒子进行处理,以解决波浪不平滑的问题.实验结果表明,几何波粒子算法在复杂场景下的渲染效率有了显著提高,且拥有更平滑的视觉效果.

基于GPU的近似软影实时绘制

通过对阴影图算法进行扩展,提出一种完全基于GPU的近似软影实时绘制算法,它是一种3遍算法:第一遍从光源中心计算场景的深度图;第二遍采用几何着色器提取物体的轮廓边,同时在轮廓边上生成新的几何图元,利用硬件自动插值功能向外绘制线性近似半影图,并根据第一遍得到的深度图在像素着色器中对背面轮廓形成的半影区进行剔除;对于重叠的半影区设定片元的伪深度值,利用硬件进行自动融合.第三遍分别查询深度图和半影图,确定场景的本影区以及半影区中像素的亮度,从而得到面光源照射下场景的近似软影效果.

基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟

基于粒子系统的雨雪模拟大幅提高了三维场景的真实感,但传统的基于中央处理(CPU)的粒子系统的渲染效率难以达到在大规模场景中进行雨雪渲染的要求。为此,提出了一种基于GPU的粒子系统来渲染雨雪场景的算法。该算法在视点前的一个固定区域内产生和绘制粒子,在顶点着色器中进行粒子属性的更新,在几何着色器中将粒子从点扩展为矩形,并对每一帧中的粒子的属性进行缓存处理,保证了粒子属性更新的连续性。此外,采用多幅雪花纹理与粒子随机组合,使雪花效果符合多样性和随机性。实验结果表明,该算法能在大规模场景中进行雨雪效果的实时渲染,并有较高的真实感。

基于GPU的医学图像快速面绘制

提出了一种医学图像快速面绘制的方法,该方法将新一代图形处理器GeForce 8800的特性和MC(Marching Cubes)算法相结合。利用几何着色器的数据批处理能力在每个立方体中提取等值面并生成三角形带;在片段着色器上采用Phong光照模型对生成三角形渲染显示。建模和显示过程均在GPU上完成,对CPU的依赖低。实验表明,在保证绘制效果的前提下,该方法可在通用PC平台上实现大小为512×512×400的CT数据的实时建模,有很好的实用价值。

GPU实时构建四叉树的快速地形渲染算法

针对传统四叉树场景渲染CPU占用率高、带宽开销大的缺陷,提出一种适合于GPU实现的四叉树场景分割和渲染算法.利用纹理和像素着色器实时构建四叉树,使用几何着色器实现GPU对四叉树的遍历和场景分割;针对已有的动态构建算法中裂缝消除算法难以用GPU实现的缺点,通过在四叉树构建中引入"过渡集"的概念,有效地消除了不同分辨率层次之间可能出现的裂缝.实验结果证明,与传统的动态构建算法相比,文中算法易于GPU实现,无需CPU干预,并降低了带宽开销,可以达到较高的帧速率.

基于GPU的地下管线三维可视化建模研究

地下管线的三维建模与可视化是构建"数字城市"的重要内容,总结现有地下管线实时建模算法的不足,提出一种利用GPU编程实现的地下管线实时三维可视化建模算法。利用现代GPU的可编程特性将管线建模的计算任务全部移植到GPU端完成,CPU端只需传入管径和管线节点坐标,利用GPU提供的几何着色器完成管线模型的顶点坐标计算、管线顶点数据自动生成及管线三角网构建等工作,并通过光照和纹理映射实现管线材质的真实感效果。实验结果表明,该算法克服了现有建模算法的缺陷,能够在保证管线拟合逼真度的基础上完成大规模管网系统三维实时可视化建模的任务。

基于GPU粒子系统的大规模场景高效雨雪实时模拟

粒子系统实现的雨雪效果能有效增强三维场景的真实感,传统基于中央处理器(CPU)运算模拟的粒子系统占用了大量CPU运算时间,难以达到实时模拟的要求。为此提出了一种基于图形处理器的(GPU)运算的粒子系统来模拟的雨雪场景。该方法通过在GPU中重复使用消亡粒子在视点坐标系内生成新粒子,并在几何着色器中将粒子的点坐标转换为矩形坐标,将CPU从复杂庞大的几何运算中解放出来,从而大幅增加了场景绘制的微粒数,使雨雪场景模拟的实时性和逼真度得到增强。

基于GPU的虚拟植物生长的双尺度自动机模型实现方法

为提高双尺度自动机模型绘制植物图形的速度,给出其基于图形处理器(GPU)的并行实现方法。该方法将拓扑结构与归一化植物器官相结合构造三维植物图形:首先在GPU顶点着色器(vertexshader)中构造拓扑结构,然后在GPU几何着色器(geometryshader)中实现几何造型,最后将几何结构数据渲染到帧缓存中显示。选取植物学家给出的一株白杨进行基于GPU的生长模拟试验。结果显示,随绘制顶点数的增加,采用GPU进行绘制,相对CPU而言,其加速比可以从几倍扩大到十几倍以上。该方法可进一步应用于大规模自然场景绘制、虚拟农业等领域。

基于Direct3D 10的粒子系统的烟花效果

粒子系统是3D技术中模拟不规则运动物体的一种有效方法。为了模拟出具有实时性和逼真效果的烟花,文中利用硬件加速绘制技术和粒子系统进行烟花模拟,在Direct3D 10的着色器中实现粒子系统的类型变换和属性更新过程。利用几何着色器、流输出、实例化和布告栏等技术,结合曲线数学模型,使用两个technique,分别用于更新粒子系统并进行流输出处理和用于绘制粒子系统到屏幕,模拟出具有三叶草、四叶草和8字形等不同形状及这些形状叠加效果的烟花。实验表明,该方法达到了实时性要求。

基于流体动力学的实时角色动画运动特效

在快速的角色动画中,运动模糊技术经常用于产生梦幻般的人物运动效果,从而渲染设计者想要表达的气氛。长期以来,人们常用硬件或软件方法,仅通过简单的图像融合手段实现运动模糊。为了提供高标准的运动特效,基于全局光照的几何方法变得日渐亟需。但是,这样的计算开销对于实时渲染来说往往难以承受。在此,笔者提出了一种新的用于实时运动特效的几何技术。该方法还能结合流体动力学技术,构建一些沿着运动轨迹体而生成的特殊效果。为了避免每帧重复计算,以及为了突破轨迹生成的数据量限制,首先分解运动轨迹,然后引入多步几何渲染技术,实现几何模型的实例化,从而达到重复利用几何资源的目的。在渲染流程中,为了使该方法可以灵活地运用于各种流体效果之中,轨迹追踪的步骤和流体解析的过程是设计成独立的。由于该算法是建立在GPU几何着色的并行环境下,当达到影片质量级别的渲染效果时,它依然能够保证极高的计算效率,最终实现包括运动模糊等特效在内的场景实时渲染。

GPU实现的快速分层地形渲染算法

随着GPU性能的飞速提升,越来越多的地形渲染算法能够完全由GPU实现.本文提出了一种新的完全基于GPU的地形渲染算法.该算法使用顶点着色器完成中间数据生成,在几何着色器中使用之前生成的信息完成地形的LOD操作和网格的动态生成.该算法不仅具有易于在GPU上实现的特点,同时能够提供无缝的、自适应地形起伏的渲染效果.这也顺应了图形学的主流:将图形计算或对几何体的操作从CPU转移到GPU上,从而做到无需CPU的干预,降低数据传输量,节约通信带宽的目的.实验证明,该算法适合于处理较大规模地形块.

NURBS裁剪曲面绘制方法

根据NURBS曲面在u,v参数域的偏导数动态地把NURBS曲面细分成一些四边形区域,然后用双三次Bézier曲面实现这些四边形的C1连续的逼近。完成裁剪曲面绘制这个过程需要由GPU(Graphic Processing Unit)执行两遍。第一遍先由几何着色器实现裁剪曲面的三角化,再由像素着色器生成裁剪纹理。在此基础上执行第二遍,由几何着色器实现双三次Bézier面片的镶嵌,然后由像素着色器根据裁剪纹理绘制出裁剪后的NURBS曲面。采用GPU实现NURBS裁剪曲面的绘制,把大部分的计算从CPU迁移到了GPU。

基于Z缓冲的自然粒子效果实现

以往粒子精灵半透明效果,如雾、烟、尘,魔法和爆炸等,在与场景背景相交处会产生不自然的尖锐边缘。该文设置过渡区来解决,依据深度值比较使粒子精灵产生逐渐淡出效果。首先,几何着色器扩展粒子位置成两个三角形,生成正方形的粒子精灵,以公布板技术定位其方向面向视点。然后,通过DirectX10像素着色器读取作为纹理存在的Z缓冲,生成与背景相互交融的软粒子精灵。实验获得了良好效果的同时,渲染性能没有受到明显的影响。

一个SPH流体实时模拟的全GPU实现框架

怎样实时地进行高度逼真的大规模流体模拟是图形学要研究的一个重要内容。流体的模拟由物理计算、碰撞检测、表面重构和渲染几个部分组成,因此有大量工作针对流体模拟中的各个部分算法进行GPU加速。提出一整套基于GPU的SPH流体模拟加速框架。在利用平滑粒子动力学(SPH)求解Navier-Stokes方程的基础上,借助基于GPU的空间划分PSS(Parallel Spatial Subdivision)来大幅度提升粒子碰撞的检测速度。同时,设计一种基于几何着色器(Geometry Shader)的流体表面信息的重建算法,并进一步地实现基于索引的优化,使得在流体表面重建过程无须遍历不包含表面的区域。实验结果表明,该方法能实时模拟出具有较好真实感的流体场景。