八叉树空间结构投影的射线物体求交方法

为了提高光线投射算法中射线与物体求交速度,提出一种利用八叉树空间结构在视平面上投影的射线快速求交方法。算法构造平行于视平面的八叉树空间结构,将每个八叉树叶子包围盒沿视点方向投影在视平面上,将视平面划分成若干投影区域。在射线与包围盒求交时,根据射线落在视平面上的位置,确定其所属投影区域,求出与该射线相交的包围盒。实验表明该算法对传统的光线投射算法效率有较大提升。

一种栅格化矢量地图的拾取交互方法

针对纹理法渲染的栅格化矢量地图难以直接进行交互的问题,设计了一种栅格化矢量地图的拾取交互方法。基于实际面型矢量顶点数目多、多边形分离、空洞多边形等特性,改进了传统的射线求交判断点是否在多边形内的算法,使其可适用于实际面型矢量拾取;同时,提出了一种基于半平面连续链的新型内角和算法,可大幅降低传统内角和算法的计算量,实现了栅格化矢量地图的拾取交互。应用不同复杂程度的矢量数据进行相关实验,结果表明,在明显提高矢量渲染效率的同时,避免了在三维场景下矢量渲染不贴地的情况下,可以实现矢量兴趣要素拾取,且所提矢量拾取方法实时性良好,拾取响应时间只取决于矢量数据本身复杂度,与三维地形复杂度无关,可以满足GIS的需求。

虚拟地理环境中全景图深度信息恢复与应用

针对空中全景图深度信息缺失导致无法进行空间分析量算的问题,本文提出一种基于虚拟地理环境的众源空中全景图深度信息恢复与空间分析量算应用的方法。首先,利用数字地表模型和倾斜摄影测量三维模型构建目标区域高精度虚拟地理环境,设计改进的后方交会算法解算众源空中全景图的拍摄参数;其次,采用射线求交算法计算全景图像点与地面点的距离并生成全景深度图;最后,设计基于深度信息的空中全景图空间分析量算模型,并在登封地区进行实验。结果表明,通过人机交互的方式,利用基于空中全景图深度信息的空间分析量算模型,能够对目标区域开展环境勘察,验证了该方法的有效性。

笛卡尔网格生成过程中的内外判断问题

文章通过分析和讨论射线求交法在笛卡尔切割网格生成过程中进行网格在体的内外判断问题中的失效情况,提出了一种改进的方法,并通过实例比较了方法改进前后的判别结果。结果表明改进前的方法在一定情况下对个别网格在体的内外情况的判断出错,而改进后的方法可以对所有网格的内外情况作出正确判断。由于内外判断问题的普遍性,该改进方法也可用于三角形非结构网格生成与嵌套网格计算以及计算机图形处理等其它领域。

改进的Voxel模型及其精度验证算法的研究

分析了五轴数控加工仿真中常用的三维实体建模方法的优缺点,并提出了改进的Voxel模型,可以有效的降低模型的空间复杂度,同时结合三向Dexel射线求交算法和动态标志位复位技术,能够有效的提高切削判断计算速度,保证数控仿真的实时性。在此基础上,引入了精度验证的概念,阐述了各种精度验证算法的思想,并将Z&N精度验证算法应用于改进的Voxel模型中,达到验证模型误差在可接受范围内的目的。

Web3D引擎中三维图形对象拾取的算法与实现

应用Web3D引擎开发的计算机仿真系统和虚拟现实系统均需在Web浏览器上运行,需要其能快速下载和运行,因而要求尽可能提高Web3D引擎包括拾取功能在内的计算效率。在算法上提出了射线的分层次求交,先采用包围盒算法来实现对选择对象的快速拾取;为优化拾取的精度,再用三角形算法来实现准确拾取。在提出算法的基础上,用JAVA语言实现了在开源Web3D引擎上对所选图形对象拾取功能的开发。

表面平整目标的电磁散射快速预估

针对表面基本由平面构成的散射体,在传统弹跳射线法的基础上,对射线跟踪以及射线求交测试方法进行改进,使得该方法对于分析隐身飞行器等有更好的应用。研究了单根射线与三角形的快速求交方法,同时与弹跳射线法相结合,使用三角形对目标进行两次表面拟合,分别得到用于求交测试的稀疏三角面元,以及用于射线追踪的起始三角面元,利用快速求交方法,完成射线追踪,进行物理光学积分,完成目标远场电磁散射的快速预估,将该方法的计算结果与文献结果进行对比,验证了该方法的可靠性,通过计算不同拟合面元密度下情况下的结果,验证了该算法的高效性。

并行计算在光线追踪中的应用

目前,计算机图形学的技术包括有光栅化,光线追踪,辐射度3种主流算法。而光线追踪又以其绘制的真实感性及实现的方便性,受到了广泛的应用。但光线追踪的最大问题在于性能。围绕光线追踪中的核心算法-射线与三角形相交算法展开讨论,引入基于Intel TBB并行编程工具的线程级并行技术以及基于SIMD的指令并行技术,提高其算法的速度。其加速技术可以使光线跟踪的性能在计算机多核的情况下,相对于串行跟踪方法有明显的改善。