三维虚拟场景绘制加速技术综述

加速三维图形的绘制对三维虚拟场景的交互式生成有重要作用。该文结合三维图形绘制流水线 ,概括了提高绘制性能的途径 ,综述了可见性处理、细节层次方法、基于图象的绘制以及大型几何数据库的操纵等主要的绘制加速技术。

一个新的体绘制加速算法

针对目前加速方式与传递函数交互设定需求的矛盾,提出了一个新的基于边缘切除原理的体绘制加速算法。算法针对两个关键难点:如何消除传递函数调整依赖性,如何识别空体素,提出了有效的绝对空体素识别准则,设计了高效的边缘空体素分离机制,构成了不依赖传递函数调整的加速模式。在保持高的图像质量的前提下,边缘切除算法具有显著的绘制速度提升。边缘切除过程在预处理阶段进行,算法参数易于选取和推广,具有广泛的适应性,非常适合需要交互设定传递函数的普及型医学图像分析系统应用。算法采用了规则的边缘切除方式,收缩后的体数据非常方便后续光线投射或溅射算法应用,可以方便地与其他各种加速方式组合使用,使不同角度的加速效果实现叠加,是当前各种主流加速技术的一个很好的互补技术。不同背景的运算实例,测试和验证了算法的有效性。

时变数据的实时体绘制加速算法优化

现有的体绘制成像技术受到硬件及算法的限制,对高速采集的时变数据绘制需要漫长的预处理时间,难以满足实时便携的要求.为此提出一种基于存储优化的Shear-Warp数据整序算法.该算法通过预判视线方向避免了原始数据的重复存储及多次缓存;在FPGA硬件加速的基础上克服了与存储器件的交互瓶颈,实现对图像和观察角度变化的实时动态响应.实验结果表明,在自主研发的"双子星"系列开发板100MHz工作频率下,完成一帧256×256×256的三维图像体绘制计算时间小于12.34ms,帧率达到81.0帧/s,且不需要数据预处理过程,可以实现对时变数据的实时动态显示,适合于便携超声等应用领域.

基于硬件加速体绘制的切割方法

本研究在可编程图形硬件加速体绘制的基础上,提出了一种三维切割方法:将体数据的蒙板作为切割纹理,通过三维纹理渲染,实现物体的切除与恢复。实验表明,该方法可实现质量较高、交互速度较好的切割操作,在临床中有一定实用价值。

基于图形硬件加速的并行绘制

并行方法是绘制大规模复杂场景的真实感图形的有效手段之一。特别是随着图形加速硬件的普及和性能提高,基于图形硬件加速的并行绘制成为当前的研究热点之一。本文介绍了目前主要的基于图形硬件的并行绘制技术,并对这些方法的特性分别进行了论述。最后,指出了这类方法的优点以及存在的问题和解决方案。

利用GPU实时绘制水墨画效果

系统可实时绘制中国山水画中常见的物体并生成视频输出,它包括5个模块:多通道技术和新型国画山光照模型的山峦绘制模块、基于位移映射的云层模拟、基于纹理运动的瀑布绘制模块、基于广告牌技术的树木绘制模块和实时视频输出模块.前面4个模块利用GPU可编程特性控制其流水线,对任意三维场景,可实时绘制水墨画效果;用户可根据需要对系统中的各个绘制模块进行配置并实时漫游.

基于空间跳跃的三维纹理硬件体绘制算法

本文提出了一种用于加速三维纹理硬件体给制的空间跳跃算法．该算法利用空间跳跃技术，有效地去除了体数据中的空区域，降低了硬件的负载，从而加速了体绘制过程．测试表明对较大规模的体数据，该算法比传统方法节约40％－60％的绘制时间．

基于可编程流水线的水墨画效果实时绘制

为了提高对三维模型进行实时水墨渲染的效率,同时扩展水墨效果在计算机动画中的应用,利用先进的可编程图形流水线技术,结合多种纹理贴图技术、边缘评估算法、多种图像空间内的后期处理算法,实现了水墨风格生物动画的高效率实时渲染。用户可根据需要对场景和系统进行配置并实时调整视角和缩放。实验结果表明,运算速度能够满足交互系统的实时性需求。

基于硬件加速的三维系统设计

科学技术在快速地发展,计算机技术也在不断地发展和完善,图像显示卡的提升加快了体绘技术发展的速度,致使人机交互和三维系统可视化质量的实时性得以有效地提升。针对图像显示卡具有的硬件加速功能,文章探讨了有效运用硬件加速完成三维系统切割的方法。

复杂电磁环境建模与可视化研究综述

复杂电磁环境建模与可视化研究在民用通信、军用电子战领域的应用不断发展。在介绍了复杂电磁环境基本概念的基础上,首先系统阐述了复杂电磁环境建模的理论方法和数据场的可视化具体方法。然后对国内外复杂电磁环境建模与可视化研究现状进行了分析,对复杂电磁环境中雷达这一主要设备的电磁环境建模进行了研究,并对模型的复杂度、预测精度进行了总结与比较;针对电磁体数据场数据量的海量特性,对电磁体数据场可视化的基本思想、加速技术、适用范围分别从图形硬件加速和软件算法优化两方面进行了归纳与总结;阐述了仿真系统的总体框架设计思想,并设计了一个复杂电磁环境仿真可视化系统。最后对复杂电磁环境建模与可视化未来研究方向进行了展望。

医学图像三维可视化技术及其应用

目的:医学图像三维可视化技术是医学图像领域新的研究热点,其应用领域广泛。为了更直观的掌握人体内部信息,医学图像三维可视化技术仍需继续发展。方法:本文对国内外近年来医学图像三维可视化技术及其应用进行了较为全面的综述。结果:主要介绍了三维可视化技术、体绘制加速技术、结合医学图像三维可视化的思路及在临床诊断和临床治疗上的最新应用,并对不同方法的特点及存在的问题进行了讨论。结论:研究表明,医学图像三维可视化技术在临床医学上已经取得了大量的应用成果。随着计算机技术的不断成熟和新技术不断涌现,医学图像三维可视化技术及其应用也将继续发展和完善。

IBRAC技术在分布式虚拟仿真系统中的应用研究

基于图像的方法和基于模型的方法是生成虚拟场景的两种方法,但这两种方法在分布式虚拟场景的生成过程中各有优缺点。将两种方法的优点相结合,在分布式虚拟仿真系统中引进IBRAC技术,有三个优点:绘制速度快、网络带宽限制低、能够进行交互控制。该文结合分布式门式起重机虚拟仿真培训系统对IBRAC技术进行了研究。首先给出了该系统的总体结构,然后分析系统中用到的IBRAC技术重要算法,最后对IBRAC技术在系统中的应用前景进行了展望。

基于GPU的三维医学图像混合可视化系统

研究并实现了一个基于GPU的医学图像混合可视化系统,该系统采用三维纹理映射的方法实现直接体绘制,利用GPU的可编程特性完成体绘制方法中的插值后分类算法和传输函数的传递及实时修改,采用O penGL技术实现表面的绘制,并基于场景图结构实现对表面数据的管理。面绘制和体绘制部分都采用O penGL实现,运用O penGL的融合机制,系统实现了面绘制和体绘制的混合显示。本系统大大提高了体绘制的速度,有效地保留了面绘制和体绘制的优势,在保证绘制速度的基础上丰富了图像信息。

固体发动机虚拟剖切故障诊断技术研究

对由固体发动机工业CT断层图像构成的体数据重建出的三维模型进行虚拟剖切,可方便地看到其内部的组成、结构,便于检测人员观察和判断内部故障的种类和性质。首先,针对固体发动机体数据场中体素的特点,将体数据场的分割结果和分层体数据结构结合,改进了现有的光线投射加速体绘制方法,实现了三维模型的快速体绘制;在此基础上,将人机交互技术应用到虚拟剖切算法中,实现三维模型任意位置、任意角度的平面剖切和体剖切;最后,设计出基于特征点拾取的空间参数测量方法,实现剖切后发动机结构空间距离、角度和体积的精确测量。通过与模拟发动机实验对比验证,结果表明,检测的空间参数信息和实际参数值误差在4%以内,具有较高的检测精度。

基于GPU粒子系统的烟花实时仿真

烟花的仿真对于烟花燃放编排、动画游戏、影视特效等有着非常重要的应用.基于粒子系统可以进行烟花的模拟,但粒子数较多时常常绘制速度较慢.引进最新发展的图形硬件加速绘制技术,提出了一种基于GPU(GraphicProcess Unit)粒子系统的烟花绘制技术,并构架实现了一个实时的烟花仿真系统,实现了不同烟花燃放场景的真实感仿真.

基于虚拟现实的船舶航行多视角场景优化系统

以提升船舶航行场景呈现效果为目的,设计基于虚拟现实的船舶航行多视角场景优化系统。采集船舶航行多视角场景数据,数据经由网络收发单元传输到视景虚拟现实模型内,利用该模型生成船舶航行多视角场景后,使用多视角场景优化模型内对航行仿真要素实施分析,并使用图像加速绘制优化单元、航行现实优化单元和航行场景加载速度优化单元对其展开优化,同时将优化后船舶航行多视角场景反馈到立体屏幕上呈现给用户。实验结果表明:该系统具备较强的舰船航行多视角场景文件和加载时间优化能力,且可有效呈现船舶航行的多视角场景,具备显著的应用效果。

基于粒子系统的书法书写仿真系统

水墨风格渲染是非真实感渲染的一个研究分支。利用CPU、GPU配合实现的粒子系统,结合纹理融合技术来实现书法书写字迹仿真。利用鼠标实现用户交互,鼠标按键、位移方向和位移速度控制墨滴的走向,实现了书法书写的仿真。系统采用实时渲染方式,用户可根据需要对场景和系统进行配置并实时调整视角和缩放。实验表明运算速度能够满足交互系统的实时性需求。

水平线遮挡在林业可视化中的应用

水平线遮挡主要应用在不透明的遮挡物与地面相连,可以将遮挡物连同地面作为一个高度场看待的场景,例如城市中的建筑物场景。森林场景中的植株有些特点与城市景观中的建筑物场景类似。如植株均与地面相连,透明性差,主干和枝叶遮挡后面的植株等等。因此可以把森林场景中的植株视为一个高度场。本文简要介绍森林场景可视化的主要方法,将水平线遮挡应用到森林场景中,来加速森林场景的绘制,增强场景的实时性和交互性。