OpenGL使用可编程管线实现屏幕空间环境光遮蔽

OpenGL计算机图形编程接口实现了计算机对3D图形的渲染功能,然而旧版本的OpenGL（兼容版compatibility pro-file）是采用固定管线的渲染模式对图形进行渲染,固定管线中的渲染程序是固定的,OpenGL用户无法更改这类渲染程序,这使得旧版本OpenGL的使用者实现的功能受到了很大的限制。新版本的OpenGL（核心板core profile）则采用了可编程管线模式对图形进行渲染,可编程管线相对于传统固定管线的优势在于图形该如何和渲染可以由OpenGL用户来实现,从而使OpenGL的灵活性得到扩展。将通过可编程管线来实现传统固定管线难以实现的环境光遮蔽效果。

基于可编程渲染管线的雷达图像分层模型设计与实现

高分辨率雷达图像显示是雷达计算机模拟的重要环节,对图像的逼真度和实时性有着极高的要求。采用可编程渲染管线技术进行雷达显示系统模拟,能有效实现雷达图像的分层模型,充分利用CPU和GPU的并行处理能力,大幅降低CPU的运算复杂度。在生成高质量雷达图像的同时满足系统实时性要求。

基于GPU的海量城市管线高效建模与实时绘制

地理信息系统行业积累了海量基于二维矢量的管线数据,文中针对传统的基于CPU的多层次细节预处理三维建模及绘制方法存在质量和效率方面的不足,从管线二维矢量数据的形状特征出发,提出一种无需预处理的、可一次性在GPU中装载并处理城市规模管线数据的三维建模与实时绘制算法.该算法利用现代GPU可编程硬件的特性来实现,在GPU上对管线形状进行解码,在顶点着色器采用2个剪枝策略进行场景的可见性剔除计算,然后基于细分着色器对管线曲面进行多层次细节几何自动建模,全过程无需CPU干预.实验结果表明,文中算法适用于城市级别的海量管网数据,相比于已有的方法,绘制效果和多项性能指标得到了大幅提升.

基于可编程图形管线的大规模流程工厂模型多分辨率绘制方法

针对流程工厂设计中3维校审的实际需求,提出了基于可编程图形管线的大规模流程工厂模型多分辨率绘制方法。在分析了流程工厂模型特征的基础上,通过基本体元多分辨率模板构建对象的多分辨率模型,并在构建过程中保证低分辨率模型顶点集是高分辨模型顶点集的子集。因此,每个对象只需保存其最高分辨率下的顶点信息及各分辨率下的顶点索引。在此基础上,通过对显存中顶点缓冲、索引缓冲的有效管理,不仅实现了在渲染过程中利用顶点索引的变换完成不同分辨率的切换,还减少了内存与显存的数据交互。实验结果表明,该方法在普通PC机上对具有21 M左右面片的流程工厂模型,能够在保证绘制质量的前提下取得31帧/s的平均帧速,且预处理时间在10 s以内并无需额外硬盘空间。

自驱动关节臂坐标测量机模型可视化

自驱动关节臂坐标测量机是一种高精度在线自动测量设备,为了解决自驱动关节臂坐标虚拟样机的定位与测量结果显示对比问题,采用MFC与可编程管线OpenGL搭建了测量机上位机软件。利用Assimp库读取零件三维模型并显示在测量软件窗口,实现了待测零件模型导入功能。采用数学方法解决了模型无法纹理贴图及添加光照问题。通过多重采样技术消除模型显示的锯齿感,提高了特征点提取的简易性。采用射线拾取算法开展了测量软件窗口与SolidWorks模型相同点三维坐标值对比实验,结果表明模型空间位姿在导入前后未发生改变,为后续进行空间坐标测量机系统开发运动控制和路径规划奠定基础。完成搭建的编译环境能够实现三维模型的基础导入和快速导入,并完成三维模型显示目的。

三维地形高质量实时矢量叠加绘制

在高低起伏的三维地形上无缝叠加二维矢量数据是三维地理信息系统可视化的必须功能.为了进一步提高矢量纹理的像素有效利用率,减轻走样,提出一种采用多级联的绘制方法来改进传统基于纹理的矢量叠加绘制过程的算法.该算法采用深度剖分和屏幕空间分块2种策略对视域四棱锥进行分割,对子四棱锥内矢量进行级联绘制,并对绘制范围进行调整优化,整个算法过程完整地利用了现代GPU可编程硬件来实现.实验结果表明,文中算法适用于大范围多分辨率地形上的矢量绘制,绘制过程达到了实时,绘制效果令人满意.

图形处理器对ADI-FDTD算法的加速作用研究

随着图形处理器(GPU)性能的大幅度提高以及可编程特性的发展,将通用数值算法的某些处理阶段从CPU迁移到GPU上已成为可能,从而达到加速计算的目的。首先简要介绍了一种常见的数值计算方法:交变方向隐式时域有限差分法(ADI-FDTD);然后详细论述了利用GPU加速ADI-FDTD计算的基本原理与关键技术,并给出了在GPU上求解ADI-FDTD线性方程组的共轭梯度法实现框架;最后,通过具体的计算实例和相关的性能比较验证了这种加速算法的精确性与效率特点。

一种海底浅层声学探测数据综合可视化方法

提出了一种基于Open GL可编程管线的海底浅层声学探测数据三维综合可视化方法。通过处理,将侧扫声呐影像、多波束数据和浅地层剖面在同一视图下显示,可以方便的对海底地质环境多种信息进行综合判读并进行多维数据的交互式提取。利用纹理缓冲区处理侧扫声呐影像数据,具有数据加载量大的优点,避免了实际应用中纹理数据反复切换带来的延迟;并且探讨了侧扫声呐影像和多波束数据分辨率不一致引起的纹理贴图问题。该方法在南海海底峡谷区域的海底地质环境综合显示和分析中进行了应用,结果表明,该方法能处理多种格式的侧扫声呐影像,不受侧扫声呐影像和多波束测深数据分辨率不一致的限制,数据加载量大、绘制速度快。

图形硬件通用计算技术的应用研究

在通用计算的图形硬件加速研究中,综合了在OPENGL体系下的计算模型。通过实验,测试了该计算结构的性能并分析了提高计算性能的一些方法。在此基础上,介绍一种基于GPU的并行计算二维离散余弦变换方法。该方法可在GPU上通过一遍绘制,对一幅图像1至4个颜色通道,同时进行8×8大小像素块的离散余弦变换。实验表明在该实验硬件基础上,采用GPU加速的并行离散余弦变换,可比相同算法的CPU实现提高数百倍。

基于改进MC算法的图像三维重建研究与实现

在三维重建中,Marching Cubes算法是常用的算法之一,针对该算法在重构过程中存在生成三角片数量大、重建运算时间长、存在拓扑二义性等问题,提出一种改进的Marching Cubes算法,它通过选取适当的角度来确定数据点的取舍,使用中点法替代传统线性插值来计算法向量和等值点坐标,使得计算次数由4次减少到1次,最后使用OpenGL可编程管线重建医学断层图像,实现可视化。实验证明,该方法避免传统Marching Cubes算法存在的拓扑二义性,提升重建图像效果以及重建效率。

基于国产GPU的GLSL编译器设计

GLSL(OpenGL Shading Language,GLSL)是一种高级图形编程语言,它自OpenGL 2.0版本开始成为OpenGL规范的一部分,专门用来编写OpenGL可编程管线对应的着色器。论文以OpenGL 2.0规范中的OpenGL着色语言(version1.10)为研究对象,根据其语言特性,结合国产GPU的单指令多数据(SIMD)指令集架构和可用资源,提出了一种在该GPU平台上可行的GLSL编译器设计。