海浪的实时视景仿真

该文研究了如何解决海浪的实时视景仿真问题。着重从仿真的实时性和真实感的角度出发,建立了基于海浪谱的不同波级的海浪的仿真模型,详细讨论了海浪数学模型中参数的求法,并探讨了在海浪的实时绘制过程中采取的措施。     

基于海浪谱的实时海洋场景仿真

研究海洋场景中海浪等视景的实现,是计算机在图形学中的具体应用.风浪是海洋表面最主要的一种波浪,从海洋学已有的统计观测结果出发,利用海浪频谱与方向谱的相关公式,对开阔海面深水域由风引起的海浪进行定量分析.利用粒子系统对雨、雪、云等自然现象进行仿真,实现了对海洋场景的实时显示.在VC平台上用OpenGL开放图形库实现了所述海洋场景的仿真.实践证明,提出的方法在实时性与真实感方面均取得了不错的效果.     

基于FFT的海浪实时仿真方法

针对虚拟海战场仿真需求,提出一种真实感海浪的实时仿真方法。在改进Gerstner波形的基础上,构建海浪的基本模型,推导出海浪的离散FFT模型,并通过采样波数谱提取FFT模型所需参数。仿真结果表明,该方法用于大面积海浪的实时仿真时,能获得高度逼真的动画效果。     

基于GPU的水面实时渲染算法

提出基于可编程图像硬件实时生成真实水面的渲染方法,通过实现水面建模、水面折射和反射完成整个渲染过程。在正弦波叠加的同时,利用2个凹凸纹理实现水面的动画效果,通过实时纹理映射技术实现水面的反射、折射和菲涅尔等水面光照效果。实验证明该算法能够很好地满足人们对真实感和实时性的要求,适用于虚拟现实中真实水面的生成。     

一种基于二叉树结构的大规模地形实时渲染方法

对于大规模地形而言,地形场景的实时动态渲染一直是人们关注的重点。该文在充分研究现行场景实时加速绘制算法的基础上提出了一种基于二叉树结构视相关的动态多层次细节地形渲染算法。文章主要分析了地形场景数据管理与实时调度、视相关多层次细节模型与可见性判断以及网格三角化中的裂缝处理等关键问题,并给出了相应的解决方法,最后改进了一种视相关节点重要性度量准则来进行帧频控制。实验结果表明该方法在保持地形场景逼真的情况下,有很好的帧稳定性,较好地实现了大规模地形的实时动态渲染。     

基于OpenGL的海洋战场视景仿真系统研究

在海洋战场视景仿真系统的开发中,目前大多采用一些商用的软件平台,这些软件尽管功能强大,使用方便,但是价格昂贵.而OpenGL作为一种标准的,开放的图形硬件接口,提供了一种免费的视景仿真开发途径.研究了基于OpenGL的海洋战场视景仿真系统开发方法,将分形方法引入到海浪的视景仿真中,采用三维模型转换软件实现实体模型的载入,采用纹理影射来模拟水下的光照效果,仿真结果表明本文给出的方法可以较为逼真的实现海洋战场的可视化.     

基于GPU的屏幕空间镜头水滴实时渲染

为了实时模拟真实性高的镜头水滴,提出一种在可编程图形硬件中实现的镜头水滴渲染新方法。首先三维场景被渲染到一张场景纹理,然后在GPU着色器中为镜头水滴产生不规则边缘接触曲线,使用该曲线快速构建水滴的曲面,最后采用曲面的表面信息并根据水滴的光学属性渲染出水滴的折射效果。采用该方法,可以实时地在屏幕上渲染出镜头水滴效果。使用GPU着色器进行渲染,可以在渲染出效果逼真的水滴的情况下,获得实时的帧率。采用光线折射物理方法渲染出的水滴的效果比直接使用纹理贴图方式获得的水滴的效果更逼真。     

基于分形的多分辨率三维海浪实时仿真

海浪的实时仿真与传统的计算机真实感图形的主要区别是,它将绘制的实时性和真实感同时作为衡量系统有效性的重要指标。论文跟踪了国内外海浪仿真前沿,结合具体的工程需求和软硬件环境,通过建立数学模型,基于海浪的分形特性,提出并实现了满足模拟飞行训练需要的多分辨率三维海浪实时仿真。在编程中,对实时性进行了研究并提出了相应的对策,较好地满足了实时性要求。文中提出的海浪实时仿真方法和关键技术,既可为模拟飞行训练提供一个虚拟海战场环境,又可为其它自然景物仿真提供经验和方法。     

基于GPU的动态天空场景仿真

针对三维天空场景仿真中出现的场景实时性和真实性不能满足用户的需求等问题,提出了基于GPU (graphic processing unit)的动态天空场景仿真方法.在开源场景图形系统(OpenSceneGraph)开发平台上,使用基于物理的方法计算出一天中不同时刻天空的背景色;采用shader技术,用OpenGL着色语言(GLSL)在GPU上对云、太阳进行模拟;针对太阳的位置,绘制出具有真实感效果的光晕.实验结果表明,该仿真方法可以绘制出具有动态效果的、天空颜色能平滑过渡的天空场景,并且真实感强.     

基于谱的三维随机海浪数值模拟研究

为有效地模拟三维波浪,从已有的统计观测结果出发,应用P-M谱和SWOP方向函数的基础上,建立了风浪的三维随机波面数学模型,该模型采用多个随机余弦波叠加来模拟随机波浪曲面。最后利用Matlab实现了该算法,结果表明这种方法能有效地模拟三维随机海浪。     

基于GPU的实时素描风格渲染算法

为了更好地模拟素描画中线条的轻重变化和明暗变化,提出了一种改进的素描风格渲染算法。将渲染过程分为轮廓线绘制、纹理绘制和色调调整三个部分;在轮廓线染绘制过程中采用多重采样来辨识轮廓线,利用卡方分布和紊乱场来模拟生成素描化线条绘制;在纹理渲染绘制中,利用模型的切线和副法线生成多个方向场,通过对白噪声纹理的线性卷积( LIC)生成素描化纹理;通过牛顿插值法重新计算了输出曲线解决多重渲染混合后绘制效果偏灰问题。实验结果显示改进后素描风格渲染算法具有更高的渲染效率和更好的渲染效果。算法能够较好地实现素描风格的渲染效果,并可广泛适用于影视游戏开发中。     

基于GPU图像直接体绘制算法分析与评价

近年来计算机图形硬件性能不断提高,利用硬件来实现体绘制过程中的某些环节以获取交互的绘制速率成为可能,是目前体绘制的研究热点。描述了基于GPU的光线投射法、2D纹理映射法和3D纹理映射法等典型算法,给出了各类算法的分析与性能评价,最后实现相关算法并得出实验结果。     

基于GPU的动态头发渲染

运用模拟头发运动的系统计算头发阴影的阴影生成算法和一个通过每一串头发来模拟光线散射的发射模型,就可以创建出极其真实的头发影像。渲染结果表明,利用以上方法可以渲染出极其逼真的头发。     

基于GPU的点模型实时绘制

近几年随着GPU的可编程能力的增强,很多基于点的绘制算法都可以移植到GPU上来实现,这样既可以让CPU有时间来处理其他事,又可以通过GPU提高算法的运行速度。由于目前的GPU不支持epsilon-z-buffering算法,大部分基于GPU的绘制算法都是通过Multi-pass绘制来达到较高的绘制质量。然而,这些算法需要在第一和第二个pass中光栅化大量的可能可见的面圆,并在第二个pass的像素shader中对这些可能可见的面圆进行大量的计算。本文提出了一种基于GPU的改进Multi-pass绘制算法,与前面的Multi-pass算法相比,我们的算法只需在第一个pass中对大量可能可见的面圆进行光栅化和深度测试后,便可求出所有可见面圆,即离视点最近的面圆。然后在第二个pass中只对这些可见面圆进行光栅化和逐像素计算,从而避免了大量不必要的计算。     

Real-time feature-based image morphing for memory-efficient impostor rendering and animation on GPU

Real-time rendering of large animated crowds consisting of thousands of virtual humans is important for several applications including simulations, games, and interactive walkthroughs but cannot be performed using complex polygonal models at interactive frame rates. For that reason, methods using large numbers of precomputed image-based representations, called impostors, have been proposed. These methods take advantage of existing programmable graphics hardware to compensate for computational expense while maintaining visual fidelity. Thanks to these methods, the number of different virtual humans rendered in real time is no longer restricted by computational power but by texture memory consumed for the variety and discretization of their animations. This work proposes a resource-efficient impostor rendering methodology that employs image morphing techniques to reduce memory consumption while preserving perceptual quality, thus allowing higher diversity or resolution of the rendered crowds. Results of the experiments indicated that the proposed method, in comparison with conventional impostor rendering techniques, can obtain 38 % smoother animations or 87 % better appearance quality by reducing the number of key-frames required for preserving the animation quality via resynthesizing them with up to 92 % similarity on real time.     

一种基于OGRE图形引擎的实时分布式渲染系统

虚拟现实的实时交互得到了越来越广泛地应用,实时分布式渲染有效地解决了普通PC机渲染的时间瓶颈问题,提高了系统实时渲染性能和输出分辨率。在对分布式渲染原理研究分析的基础上,依据设计模式的思想,设计了一种基于Sort-First结构的实时分布式渲染框架和同步机制,并在实践中应用OGRE图形引擎实现了该系统。     

GPU rendering for tiled multi-projector autostereoscopic display based on chromium

In this paper, a GPU-based high-resolution multiview rendering approach (HRMVRA) is presented and incorporated into Chromium, and then a tiled multi-projector autostereoscopic display system (TMPADS) based on HRMVRA is constructed to provide an immersing 3D perception and a compelling sense of presence without the need of glasses for viewers. HRMVRA renders the multiview images in real time in only one pass, though the traditional multiview rendering approaches based on Chromium render the multiviews in multiple passes. The hardware of the autostereoscopic display system consists of a front-projection screen that covers an area of 360×160 square centimeters, twenty four projectors and thirteen computers connected with the gigabit Ethernet. TMPADS is well scalable since both the resolution and the number of the rendered views are configurable. It is shown by the experiments that HRMVRA has more than five times performance of the traditional high-resolution multiview parallax rendering based on Chromium. Most existing single-view OpenGL applications (e.g., some games like Quake III) can run directly on TMPADS without any source-code modification or re-compiling.     

基于曲线拟合函数和GPU的地形无缝渲染

针对大规模地形实时渲染时不同层次细节过渡产生的画面不连续性问题,以及计算机实时调度大量数据而造成帧速较低的问题,提出了一种基于曲线拟合函数和GPU加速的地形实时绘制方法。根据采样数据点采用最小二乘法构造曲线拟合函数,通过曲线函数控制不同层次网格顶点的布局,从而消除因层次细节变化产生的裂缝。同时根据分辨率不同构建金字塔模型,针对不同层次细节区域数据进行有损或无损压缩,依据视点运动预测实时解压相应数据。实验表明,该方法在地形实时渲染阶段,在保证了较高帧速率的同时,利用视点运动预测保证了帧速率变化小,有效的消除了裂缝,增强了画面效果。     

基于GPU Raycasting算法的矢量/栅格混合绘制研究*

Raycasting体绘制算法由于成像质量高而被广泛应用于体数据的可视化,但当线、面表达的矢量数据和三维栅格表达的体数据同时绘制到同一场景时,由于绘制方法的差异会造成矢量和栅格数据空间遮挡关系不一致。在GPU实现Raycasting算法的基础上,通过矢量和栅格数据先后绘制,采用FBO离屏绘制等技术将矢量数据绘制到深度缓存纹理并在体绘制采样和融合中统一考虑矢栅颜色融合。实验结果表明,该算法在矢量数据非透明模式下能正确处理矢量栅格数据的混合绘制。     

基于二叉树和GPU的无缝地形场景渲染方法

设计了一种基于图形处理器(GPU)的无缝地形渲染方法。该方法基于二叉树构建多层次地形网格,该网格用基于行、列号的地形模板表示。在设计过程中,将高程数据转化为适于GPU读取的高程纹理图,再通过顶点纹理提取(VTF)技术从纹理图中采样出高程值用于渲染,整个过程在GPU端完成,提升了地形数据访问效率。同时,采用实时优化自适应网格(ROAM)算法的强制拆分法,通过控制相邻地形块的等级来消除裂缝。最后,采用TriangleStrip方式进行渲染,避免了相邻三角形中顶点坐标数据的重复传递,减少了传递到GPU的数据量。用两块地形数据对算法渲染效率进行了检验,并将算法与Clipmap算法进行了帧率对比。结果表明,该算法有效解决了分块数据的裂缝问题,达到了交互式地形渲染的要求。