利用Vertex Shader技术实现真实的光照效果

Vertex Shader代替了标准图形管线中的坐标变换和光照变换阶段,能够实现更为灵活且真实的光照效果。本文使用结合VertexShader技术编程实现了平行光、点光、聚光的顶点光照效果,并与使用标准图形管线实现的光照效果进行了对比。

基于顶点Shader实现的光照计算技术

真实的光照效果模拟一直是计算机图形学中一个倍受瞩目的课题。鉴于此,在Microsoft Visual Studio开发环境下,利用DirectX 9.0软件包进行3D开发,结合顶点shader技术编程实现了Direct3D支持的三种灯光(平行光、点光、聚光)的顶点光照效果,并与使用标准图形管线实现的光照效果进行了对比。发现前者可以实现更为灵活且真实的光照效果。

面向移动设备的3D图形处理器设计

提出一种面向移动设备的3D图形处理器的设计方法,从图形算法和硬件架构两个层次进行优化.对图形算法进行C语言的仿真模拟,并设计高效的具有并行和流水线结构的图形处理器架构.该架构采用定点的数据通道,拥有一个可编程的顶点处理器和基于像素块的光栅扫描转换模块,降低电路复杂度的同时提高了整体性能.该设计已经在FPGA上验证,并给出了实验结果.实验结果显示该图形处理器结构可以满足移动设备的图形应用要求,具有可行性.

实时绘制带斑纹的毛发

提出一种将reaction diffusion过程纹理与Lengyel的毛发绘制算法相结合 ,实时生成带有斑纹的毛发的方法 利用vertexshader和 pixelshader等硬件扩展功能对Lengyel方法进行了改进 ,不但提高了绘制速度 。

一种湖面波浪模拟的方法

自然景观的模拟一直是计算机图形学的热点问题,特别是以波浪为代表的流体视觉仿真。以实际项目为研究背景,将Johanson提出的投影网格法用于湖面建模,以改进了的Perlin噪声作为高度场的激励源,采用基于费涅尔系数的水面光照渲染,比较真实地模拟了太湖湖面的波浪场景。同时利用顶点着色器和像素着色器(基于GPU的编程)强大的图形处理功能,极大地提高了太湖湖面波浪的生成速度,在网格为256*256,图像大小为1024*768的情况下,刷新频率达到了80帧以上,满足了实时性的要求。

基于综合LOD因子的自适应GPU地形渲染

根据四叉树的地形分块数据组织形式,提出一种面向图形处理器(GPU)的自适应地形渲染算法。将综合细节层次因子作为地形块节点评价函数,对静态地形块误差、动态视点依赖误差和视点移动速度进行量化,在顶点着色器上实现高程值的平滑过渡,消除突跃现象,并通过添加"裙"遮盖裂缝。实验结果表明,该算法的地形自适应性较好,具有较高的帧率和GPU利用率。

基于GPU的曲面自适应细分

为了充分利用图形处理器(GPU)的强大计算力和并行处理能力,并有效克服CPU/GPU间数据传输的瓶颈,提出了一种新的基于GPU的曲面自适应细分算法.通过采用细分模板(SP),在GPU的顶点处理器上将从CPU上传送来的控制网格进行求值细分.给出了自适应细分层次的判定,以及通过带裙边的SP来解决可能出现的裂缝问题.将该方法用于Catmull-Clark细分曲面和Loop细分曲面的求值显示,并推广应用到其他类型细分,和GPU上的其他着色器组合使用,对硬件要求很低,只需要能够支持顶点着色器的显卡.与CPU求值渲染、基于片段处理器求值渲染方法运行效率的对比分析,证明了该方法的高效性.

基于图形处理器的海浪仿真研究

提出了一种新的海浪数学模型构造算法,利用基本噪音函数构建Perlin噪音函数,并利用Perlin噪音函数生成的高度场为海浪中的水质点提供高度采样源。同时针对海浪仿真中计算量大的问题,以及依赖CPU完成图形运算的不足,提出用图形处理器(GPU)中的顶点着色器和像素着色器实现海浪的仿真,以平衡CPU和GPU的负载,确保仿真实时和逼真的视觉效果。

面向顶点染色算法的专用指令集优化处理器

为了提高图形处理器中顶点染色器的工作效率,设计一款改进的可编程顶点染色器。设计引入适用于顶点染色器的一种专用指令集,以完成顶点染色的加减乘除等基本操作,并加入染色算法中常见的向量操作和特殊函数计算的指令,另在浮点4路单指令多数据的结构基础上加入带有旁路功能的五级宏流水线和超越函数运算单元。在工作站使用Linux环境下的QuestaSim6.5b进行功能仿真,使用Xilinx公司Virtex6-760芯片为目标器件对可编程顶点染色器进行逻辑综合。实验结果表明,该顶点染色器可以绘制出真实图形,其最大工作频率可达197MHz,顶点的处理能力可达5Mvertex/s。

基于图形硬件的辐照度环境纹理图的计算方法

辐照度环境纹理图是绘制任意光照环境下漫反射物体表面的一种有效的方法。为了实现动态光照环境下辐照度环境纹理图的实时绘制,基于当前的通用图形硬件,提出了一种采用顶点着色器快速计算辐照度环境纹理图的方法。该方法从分析球面调和函数入手,首先得出环境贴图的二次多项式表达形式;然后用顶点着色程序对多项式系数和球面调和函数进行加速计算,以快速生成辐照度环境纹理图;最后对于动态光照环境,则通过对环境纹理图的分级细化来加快光照系数的计算,进而实现了动态光照环境下辐照度环境纹理图的重新绘制。实验表明,在动态光照条件下,采用该方法在获取真实感光照效果的同时,其运算速度也能满足交互系统的需求。

基于GPU加速的TIP技术

为加快TIP(Tour Into the Picture)的绘制速度,提出1种基于GPU(Graphics Processing Unit)的方法,充分利用GPU的运算能力,把背景纹理提取过程从CPU转移到GPU中进行,利用GPU固定管道进行TIP绘制,CPU负责前景模型的深度计算及纹理提取.因此,CPU与GPU可以并行运算,显著提高纹理映射速度从而缩短整个TIP绘制时间,满足用户在虚拟场景中漫游的实时性要求.

可编程图形硬件综述

集成可编程能力是图形硬件发展历程上的一次革命,它使得图形硬件能够适用于多种不同的应用。本文首先介绍了可编程图形硬件的发展,然后分析了它的流水线结构,最后介绍了几种最新的编程语言。

GPU实现的快速分层地形渲染算法

随着GPU性能的飞速提升,越来越多的地形渲染算法能够完全由GPU实现.本文提出了一种新的完全基于GPU的地形渲染算法.该算法使用顶点着色器完成中间数据生成,在几何着色器中使用之前生成的信息完成地形的LOD操作和网格的动态生成.该算法不仅具有易于在GPU上实现的特点,同时能够提供无缝的、自适应地形起伏的渲染效果.这也顺应了图形学的主流:将图形计算或对几何体的操作从CPU转移到GPU上,从而做到无需CPU的干预,降低数据传输量,节约通信带宽的目的.实验证明,该算法适合于处理较大规模地形块.

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。

自主非玩家角色面部行为的实现

为了用自主非玩家角色(ANPC)来实现游戏里的人工智能,提出了一种“模型-视图-控制器(MVC)”的设计模式来实现此类ANPC,该模式将AI从游戏引擎中分离出来。用一种混合变形顶点着色(BMVS)技术实现ANPC的面部行为,该技术可以把各个行为动画,如眨眼、微笑、视位(visemes),混合形成整个面部行为动画。采用顶点着色技术,不用锁定顶点缓存和新建混合后形成的网格(mesh),因而能提高动画渲染效率。

基于质点-弹簧系统的短毛实时动态模拟

把质点-弹簧系统应用到基于shell层的短毛绘制方法中,提出了一种新的计算shell层偏移量的方法,以实现毛发动画并真实地模拟了毛发的自然弯曲效果。该方法设计了一种最简单的质点和弹簧的布局方式,即分别在最内和最外shell层的顶点上附着质点并以一根弹簧进行连接,并且只考虑质点-弹簧系统中的位移力。当外力作用于质点时,首先计算出最外shell层的偏移量,然后通过顶点绘制器由里到外分别计算各shell层的偏移量,以新的位置绘制各shell层,从而实现了短毛动画效果。由于利用了GPU的加速功能,达到了实时的要求。

利用GPU进行实时大规模3D地形渲染的方法研究

提出了通过GPU渲染地形的一种简易方法,首要的任务就是将高度场的查询及批LOD处理也从CPU移至GPU。顶点位置可结合层级索引模板由顶点着色器计算给出,然后,对地形顶点采用适当的图元进行索引,调用一次API就可绘制所有的三角形。最后,添加额外的"裙摆顶点"来填补由批LOD算法造成的裂缝。该算法不必每帧都更新顶点缓冲,从而大大减少了系统内存和CPU的开销。

3D凹凸贴图效果研究及其实现

凹凸贴图是一种使得物体光滑的表面看起来凹凸不平的计算机绘图技术,利用计算机图形学知识探讨了凹凸贴图的生成原理,给出了解决表面不平的实现算法,可以应用在开发各种计算机游戏和动画程序中.

图形处理器中双核顶点染色器的设计与实现

为了提高图形处理器(graphic processing unit,GPU)中顶点染色器的工作效率,设计了一款改进的可编程双核顶点染色器.它可以同时对来自命令处理器的两条命令进行解析,然后交由PE双核进行处理,这样既可以提高处理器的资源利用率又可以加强处理器的并行执行能力.采用基于FPGA的验证方式,整个双核顶点染色器占用Xilinx V6系列550T型号FPGA芯片硬件资源的7%,最大工作频率能够达到155.411 MHz.

基于GPU实现SlideShow中的effect和transition

提出了一种实现SlideShow中effect和transition的新方法,即基于GPU的实现方式。论述如何充分发挥GPU的功能,用Direct3D实现SlideShow中的effect和transition。利用Direct3D中的固定功能流水线能实现多种transition和一些简单的effect,如扫描、渐隐渐现及图像旋转等。借助Direct3D中的可编程流水线功能则可实现多种effect,如浮雕、马赛克等。论述了使用高级渲染语言实现多种特效的方法,并给出了编程示例。