基于物理的海浪场景的真实感建模与绘制

提出一种基于物理的海浪场景的真实感建模与绘制算法.基于平滑粒子流体动力学模型,首先提出一种压力状态方程以取代传统的理想气体状态方程,从而在保证系统稳定性的同时,最大程度地保证液体的体积守恒;为了实现对水面浪花飞溅和泡沫的模拟,提出自适应的表面张力模型,通过制定3类流体粒子状态的转化规则,实现了飞溅粒子和主水体之间的无缝连接;并采用GPU图形硬件加速技术大大地提高了整个过程计算效率.最终绘制出海浪行进、翻卷、破碎及拍岸等真实感较强的动态效果.

基于球面的海浪建模与绘制技术研究

由于传统的海浪建模与绘制方法多是基于平面进行建模与绘制,较少细致考虑球面曲率对海浪建模和绘制的影响,因此无法在球形表面绘制出海浪在不同条件下形状、色泽等的变化。为了实现无界海洋的虚拟自由漫游,提出了一种考虑球面影响的、任意视点下的海浪建模与绘制方法,其核心是球面海洋模型和屏幕细分的自适应算法,同时基于海洋学知识以及解析几何和数字地球特点,首先解决和消除了模型生成中存在的计算量大和高纬度"压缩现象"等问题,并建立了球面海浪模型;然后,依靠可逐点计算的海浪生成模型,利用屏幕细分自适应算法将计算限制在与视点相关的可视球面海洋区域,并使几何分辨率依视点变化;接着采用"夹球"技术,解决了海面生成中存在的"边缘裂缝"现象;最后,采用GPU技术绘制出不同观察距离和方向下的真实感海浪场景,进而实现了用户在无界海洋上的自由漫游。

可视球面海浪建模与绘制

大规模海浪的快速建模和绘制是目前的研究热点,如何建立球面海浪模型和对可视球面海浪区域进行多分辨采样,是在数字地球平台上实现大规模海浪实时模拟的关键。为解决此问题,结合现有算法,考虑球面曲率影响,提出了球面海浪模型,以及相应的屏幕细分算法和海陆判断算法,解决了球面海浪模型存在的高纬度"压缩"现象,将计算和绘制限制在视点相关的可视球面海浪区域。实验表明,该方法适合大规模海浪仿真,其绘制效果逼真性好,速度快,能满足交互应用的需求。

大规模海战场景建模与绘制技术研究

提出了一种考虑球面曲率影响的海浪建模方法,解决和消除了模型生成中存在的计算量大和高纬度"压缩"等问题;依靠可逐点计算生成海浪模型,利用屏幕细分自适应算法将计算和绘制限制在与视点相关的可视球面海洋区域。基于船行波理论和粒子系统理论方法,根据船行波粒子所受外力构建其运动方程,模拟船行进过程中船首波、船尾波。最后,在PC机上进行了实验,结果表明用户可以在数字地球平台上实现大规模海战场景交互漫游。

三维建模技术研究进展

三维建模是许多研究与应用领域的关键技术。对三维建模技术中涉及的三维数据获取与建模方法进行了系统的介绍,重点对激光扫描系统、基于图像建模技术进行了说明与对比。阐述了三维建模技术的最新研究进展及应用。最后指出模型检索研究以及数字化手段存在的问题,对三维建模的研究进行了展望。

大规模点模型的实时高质量绘制

提出了一个针对大规模点模型的实时高质量绘制算法.该算法采用距离相关的自适应绘制策略,在不损失绘制质量的前提下简化了计算.在预处理阶段,对点模型进行剖分,为每一分片分别建立层次结构,并序列化为线性二叉树保存.绘制时,首先根据每片的包围盒和法向等信息进行快速视域裁剪与背面剔除.对于可见的分片,依据它与视点的距离和视线方向,选择恰当的细节层次,直接取出线性二叉树中对应的点几何数据,自适应地选择最合适的绘制模式对其进行绘制.为了减少存储空间的消耗,该文提出了一种面向保留模式图形硬件加速的点模型压缩和解压缩算法,压缩比例达到8∶1.作者在可编程图形硬件中实现了该文算法,在普通微机上实现了百万数量级点模型的实时高质量绘制.

大规模虚拟人的实时多样性绘制

研究了大规模虚拟人的实时多样性绘制方法。提出了基于IBR技术的区域重新组合法,在有限个输入模型的条件下,实现了大规模虚拟人场景的实时多样性绘制;提出了多分辨率纹理方法,能够真实地绘制近景个体。实验表明:该方法能够实时地绘制具有多样性的大规模虚拟人场景。该方法可应用于网络游戏、战场视景仿真、数字城市、电影制作等领域。

G&IBMR建模的虚拟场景中对象的交互行为研究

提出了以传统的基于几何实体和近年来发展起来的基于图象的建模与绘制为基础的G&IBMR虚拟场景构造原理,研究了以双目立体视觉和跟踪器方位变换为基础的用户化身简单模型,及其对作为虚拟环境的IBMR全景图视图变换的驱动关系,导出了世界坐标系下以方位转角系统(φ,γ,κ)表达的用户化身双目立体视觉图象的成象变换公式,提出了对G&IBMR虚拟场景对象以相对于用户化身的深度信息排序的虚实对象合成算法,实验表明G&IBMR方法建立虚拟场景可行。

一种点面混合的复杂三维模型加速绘制方法

在主流个人计算机硬件条件下,为加速百万以上三角面片构成的复杂稠密几何模型的绘制速度,综合基于几何的建模与绘制方法GBMR和基于点的建模与绘制方法PBMR的优点,提出了一种同时使用三角面片和点作为基本单元进行对象建模与绘制的点面混合方法.在预处理阶段,对模型表面进行网格分割,存储子块三角面片和顶点点云数据,同时对顶点点云按顶点重要度排序并序列化为线性结构.在实时绘制阶段,进行视相关的裁剪和背面剔除,不同子块按视点距离分别由三角形或点进行绘制.以上过程充分利用图形处理单元GPU,实现了基于GPU的点面混合的对象连续多分辨率绘制,有效地提高了复杂模型的绘制效率.

点采样模型的多样性编辑与绘制

研究了点采样模型的多样性编辑与绘制,将模型分解成不同的部分,将各部分按照层次关系组织,作为多样性编辑的基础。对模型各部分点元的颜色、几何特征、材质等属性进行编辑,构造层次多样性点模型。通过对层次多样性点模型进行实时处理,实现点模型的多样性绘制。实验表明,该方法能够产生并绘制复杂多变的点模型,且压缩比高。该方法可应用于网络游戏、战场视景仿真、数字城市、电影制作等领域。

虚平面映射：深度图像内部视点的绘制技术

首先推导与归纳了图像三维变换中像素深度场的变换规律,同时提出了基于深度场和极线原则的像素可见性别方法,根据上述理论和方法,提出一种基于深度图像的建模与绘制(image-based modeling and rendering,简称IBMR)技术,称为虚平面映射.该技术可以基于图像空间内任意视点对场景进行绘制.绘制时,先在场景中根据视线建立若干虚拟平面,将源深度图像中的像素转换到虚平面上,然后通过对虚平面上像素的中间变换,将虚平面转换成平面纹理,再利用虚平面的相互拼接,将视点的成像以平面纹理映射的方式完成.新方法还能在深度图像内侧,基于当前视点快速获得该视点的全景图,从而实现视点的实时漫游.新方法视点运动空间大、存储需求小,且可以发挥图形硬件的纹理映射功能,并能表现物体表面的三维凹凸细节和成像视差效果,克服了此前类似算法的局限和不足.

虚拟现实中的增强虚境技术

增强虚境技术在基于图形的建模与绘制 (GBMR)框架下利用基于图像的建模与绘制 (IBMR)方法描述复杂对象及加速场景绘制 ,可以解决虚拟现实研究中逼真绘制与实时显示间的矛盾 .将国内外增强虚境方面的最新研究成果按融入合成场景中图像对象包含几何信息的比例划分成 3大类 ,分别是在合成场景中融入纯图像对象、融入部分几何信息的图像对象及利用IBMR方法加速场景绘制 ,介绍了3类工作中新的研究成果 ,分析了这些成果的基本原理、方法、过程和优缺点 ,提出了该领域技术发展面临的

基于三角形折叠的连续多分辨率LOD算法

LOD技术是从软件方面提高大范围场景3维渲染速度的有效手段之一。文中在基于三角形折叠的LOD简化算法的基础上,针对在3维景观绘制中模型数据需实时简化的特点,提出了一种基于三角形折叠的连续LOD算法,即预先对模型的几何数据进行简化预处理,并记录每一步的简化操作,以便于在3维景观绘制时,根据要求实时显示不同分辨率的模型数据。最后通过实验数据验证了该算法的正确性和实用性。

虚拟现实技术在矿井通风安全中的可控可视化研究

根据矿井通风的技术要求,运用虚拟现实技术对矿井通风系统的可控与可视化进行研究,实现矿井巷道和通风设施数据的全面数字化;应用多Agent技术完成实时的通风网络解算与分析,为矿井的通风安全提供了辅助决策功能,也为虚拟现实与可视化技术在矿井通风系统中的进一步开发与应用奠定了基础。