Shader模型综述

近年来随着计算机技术广泛应用于3D游戏、三维重建等领域,如何通过适当的shader模型去更加真实地表现现实世界的各种光影效果成了研究的热点。现在比较流行的4种shader模型为:①固定着色模型;②平面着色模型;③Gouraud着色模型;④phong着色模型。文章对这些模型进行了介绍,强调了各种模型的适用场合并对比了4种模型的优劣,最后探讨了着色模型的发展方向。

高速公路路基场景的动态建模

高速公路路基场景施工组织复杂,传统的路基三维建模需借助建模软件,无法实现动态建模。在路基场景实际融合的过程中可能出现地形场景覆盖填方路基表面,挖方路基浮于地形表面的情况。基于对上述问题的研究,论文提出了高速公路路基场景动态建模的方法,提出利用形式表达式的方式表示路基参数化模型,实现高速公路路基施工过程实例化。利用基于Shader的多边形裁剪算法实现了路基与涵洞的重合部分的裁剪,利用带约束的Delaunay算法进行三角化解决路基与地形、涵洞与地形的融合问题。实验结果表明,根据论文实现的高速公路建模方法更为直观地展示了路基施工过程,同时增加了路基场景的真实感。

基于OSG的隧道洞门模型剖切技术研究

隧道洞门作为隧道工程的重要组成部分,其设计和构造涉及到多个方面,具有较高的复杂性。传统的隧道洞门模型可视化技术,在面对复杂、多层次的隧道内部要素时,难以提供足够的详细信息和直观的呈现效果。本文综合应用模板缓冲、着色器渲染、OSG模型加载渲染、动态实时视觉剖切等多种技术,探讨了基于OSG的隧道洞门模型剖切方法。应用结果表明,本文的研发成果可克服传统方法中存在的精度不高、计算效率低、渲染速度慢等限制,从而提供更准确、真实且高效的隧道洞门模型结构可视化解决方案。

虚拟奥运博物馆中的场景建模

分布式虚拟现实技术逐渐发展成熟,并成功应用到各个领域。结合虚拟奥运博物馆项目,对系统实现过程中的建模技术进行了讨论,着重介绍了虚拟场景的构造、实现,以及如何针对实时绘制进行建模过程中的特殊处理,并给出了一些实验结果。

基于GPU的动态地形实时绘制技术的研究与实现

为了有效解决高逼真动态地形的实时绘制问题,提出了一种基于现代可编程GPU顶点纹理获取(vertex texture fetch,VTF)特性的动态地形实时绘制技术。在研究相关动态地形绘制算法及现代GPU着色器模型的基础上,对基于可编程GPU实现动态地形的技术支持和性能优势进行了分析。最后,以人在松软的地面行走为实例,设计并实现了一个基于GPU顶点纹理获取的动态地形绘制系统。实验结果表明了该技术方案的可行性和有效性。

3D图形渲染的能耗估计

针对硬件设计和图形编程,提出了一种新的三维图形渲染计算阶段的能耗估计模型.针对三维渲染管线中顶点着色器和像素着色器的能耗问题,对影响渲染质量的顶点着色和像素着色的负载进行了分析,得出了像素数与顶点数的比值模型;同时,对顶点着色阶段和像素着色阶段的能耗进行了建模.用所建立的模型对基准测试程序进行了能耗估计,使用Synopsys VCS(Verilog Compiled Simulator)仿真器和Power Compiler来执行仿真,得到不同测试程序的实际能耗.验证结果表明,该模型预测误差的几何平均值小于3%,达到了较高的估计精度,可用于指导图形硬件和软件的功耗分析和管理.

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。

OpenGL图形渲染技术在PKPM-SAUSAGE非线性分析软件中的应用

通过对目前比较常用的GDI绘图和OpenGL绘图进行比较分析,显示了用OpenGL开发的三维有限元图形系统具有的速度快、绘图功能强、捕捉方便、视觉效果好等优越性。介绍了PKPM-SAUSAGE软件三维模型绘图流程,凹多边形网格化显示技术,背面剔除及alpha混合,实时旋转、平移、缩放算法和高效的捕捉算法,以及后处理结果平滑显示技术和着色器编程颜色修正技术。最后通过工程实例验证了PKPM-SAUSAGE软件OpenGL图形显示、旋转、平移、缩放及捕捉的高效性。

数字地球中实时地形晕渲的实现方法

通过使用法线贴图的模式,不增加地面网格数的前提下,在三维数字地球仿真系统中实现了对全球地形的高精度实时晕眩效果的地形浏览.首先通过对高程数据进行分层分块处理,制作级地块法线贴图,再通过绘图芯片用可程序化像素着色器流程计算法线贴图的光照效果,最后将纹理贴到对应的分层三维地形网格上.根据光源的入射方向、色调、饱和度及亮度,计算中考虑了顶点的环境光、漫反射光、镜面反射光,在低地形网格数的前提下,实现了如高精度地形网格般的明显光影变化.

水波现象的光学模型及其三维仿真研究与应用

水波现象因涉及到复杂的物理过程一直是计算机图形学研究的热门领域,也是具有相当难度的。通常运用光线追踪、求解复杂的微分方程来模拟水波复杂的物理、光学现象,但这种精确的模拟方法渲染一帧往往要好几个小时。本文充分利用当今3D硬件的可编程能力,用Perlin噪声函数建立水波物理模型、立方体环境映射等技术建立水波光学模型,尽管这种方法建立的水波模型并非很准确,但视觉效果较为逼真,很适于仿真。

基于着色器LOD的模型间平滑过渡技术

在三维数字化车间场景构建过程中,为了增强虚拟车间的用户体验,需要进行场景优化。在使用LOD(Level of Detail)技术进行场景优化时,可能会出现屏幕闪烁的问题。文章提出一种基于着色器LOD的模型间平滑过渡方法,有效地解决了使用LOD技术进行场景优化时模型间切换出现的画面闪烁问题。该方法根据物体和视点的距离远近,对纹理贴图进行不同程度的高斯模糊处理。相对于现有的模型-贴图渐进过渡方法和Mipmap方法,该方法不需要额外添加不同质量的纹理贴图,显著降低了模型贴图在整个系统内存中的占用率。

基于HLSL的光照模型的研究和实现

本文研究了二种基于HLSL（High-level Shader Language）着色语言的通用光照模型．通过采用这种方法实现光照模型，一方面能极大的提高3D画面的真实感，另一方面还提高了系统的运行效率。在实际应用中，该模型可以用于大多数的实时图形系统中。