网络环境中虚拟树木的建模和实时渲染研究

在网络环境中虚拟树木表现技术上,如何达到网络传输的实时性和视觉效果的平衡一直是国内外学者研究的热点.论文摹于Java3D技术,提出了一种web环境下虚拟树木的实时建模和渲染方法.该方法以树木特性为依据设计了虚拟树木场景结构以及基于web的虚拟树木建模算法.在树木场景创建以及渲染过程中采用多种优化技术如面片建模、LOD方法等既保证视觉效果又有效减少场景面片数以加速场景的漫游显示速率.经过测试,构建的基于Web的虚拟树木场景不但具有较强的真实感及良好的交互性,而且满足网络实时传输的要求.     

基于自适应布告板的三维树木表达方法

植被、地形以及人工建构筑物是三维虚拟地理场景可视化表达的基本内容,树木是植被的主要组成部分.由于树木自然形态的复杂性,其真实感表达非常困难.基于几何模型的树木表达可以产生逼真的细节,但场景实时渲染具有巨大的计算负担,而基于纹理的简化模型在真实感表达上有所欠缺,但具有更好的渲染性能.如何兼顾场景渲染效率与视觉真实感受一直是树木三维可视化表达的研究热点.本文提出一种基于自适应布告板的三维树木表达方法,该方法在通常的平面布告板方法基础上,根据视点与布告板的相对位置关系,从预先获得的多张树木影像中选取最符合视点与树木相对位置关系的影像作为树木纹理渲染于该布告板上,实现了布告板纹理的动态调整,使得不同视点下的树木渲染效果尽量接近真实,同时也具有布告板的渲染性能优势.本文基于WebGL在浏览器中构建了一个三维场景,其中包含若干树木模型.实验结果表明本方法在表达树林时,在浏览器这样的低渲染计算能力环境下也能取得可接受的渲染性能与表达效果.     

基于三维分枝模型的树木模拟

虚拟自然场景的实时生成一直是图形学研究领域中一个富有挑战性的难题,作为自然场景的重要组成部分,树木的模拟也得到了广泛的重视.本文在实际建模中以三维分枝模型为基础,与随机繁衍L系统相结合,对树木模型进行了一些改进.将光源和重力的影响加入枝段的模型中,使生成树木的形态更加逼真;改进了分枝模式,使得生成树木的随机性得到加强;在绘制时根据不同距离选择不同复杂度的树木模型,加快了渲染的速度.     

树木的建模与实时渲染技术

详细论述了树木生成以及渲染的实现过程.描述了一个使用随机L-系统的树木建模方法,以及几何绘制和替代物渲染相结合的树木渲染方法,并讨论了树木阴影的生成.最后,使用VC++和OpenGL设计了一个树木的生成器和一个树木的渲染器,实现了树木的建模与渲染.程序的运行结果表明,该方法能够取得较好的渲染效率和不错的视觉效果.     

基于L-系统的真实感树木生成算法与实现

为了降低虚拟场景中树木等地物的模拟难度,提出一种基于L-系统的三维树形生成算法。树形采用一种五元组的数据结构进行表示,利用L-系统的文法构图思想,采用多规则文法,简化树形的生成算法,并在该算法的基础上,结合真实纹理和透空树木的生成方法,构造一种真实感三维树木的生成方法,实现三维树木的真实感显示。试验结果表明,树形生成算法简单通用,利用该算法可以有效地模拟多种形态的树木,完全控制树木生成的数据量,可用于大型树木场景的建模中。     

三维虚拟漫游技术的研究

三维虚拟现实漫游技术目前是国内外的研究热点之一.主要研究和探讨了利用五点定位LOD四又树组织和管理大规模地形数据,并以井地算法实现大规模地形实时渲染,能有效地提升三维场景的渲染速度.提出了一种基于场景投影图矩阵的自动漫游路径生成的钢丝算法,该算法适用于各种复杂的三维虚拟场景并能生成光滑的自动漫游路径.     

混合使用细节层次与基于图像渲染技术的大面积森林实时渲染算法研究*

描述了一个新的结合细节层次算法和基于图像渲染的森林渲染系统,平衡了基于图像的渲染方法在渲染质量上的不足与几何渲染方法在效率上的缺陷。提出了一种新的基于四叉树纹理拼图的替代物渲染加速算法,有效地提升了替代物创建与渲染速度。最后,在一个实际的室外场景漫游程序中的运行结果表明了该系统可以用较小的渲染代价获得很高的渲染质量。     

基于可编程图形硬件的实时阴影算法及实现

阴影在增强三维场景真实感方面起着非常重要的作用。随着计算机图形硬件的发展，利用可编程图形硬件加速并提高渲染效果已经成为主要发展趋势。基于当前可编程图形硬件技术，针对目前shadow maps算法存在的问题，提出了一种根据场景特征程序自动生成合适偏移量的实时的阴影生成算法，该算法很好的改善了阴影渲染效果，防止了走样。最后给出了算法基于GLSL着色语言的实现代码。     

基于OSG的分布式渲染系统的设计与实现

大规模场景模型包含大量的几何、纹理数据,而普通PC的处理能力有限,因此在其上实现实时渲染有较大难度.本文采用C/S系统结构,运用sort-last分布渲染模式,使用开源高性能三维图形渲染工具包OSG,设计并实现了基于OSG的分布式渲染系统.实验结果表明,针对大规模场景模型的渲染,本系统在性价比方面有较强的实际应用价值.     

基于LBM模型在GPU上实时草波动的实现研究

对室外复杂场景真实感的渲染的需求越来越高.越来越多能体现真实感渲染的物理模型用于实时渲染中.LBM(Lattice Boltzmann Model)模型在保证质量守恒和动量守恒的前提下,能模拟复杂流体运动.而图形硬件(GPU)的发展,使LBM模型能在GPU上实现,提高了算法的运行效率,使之能用于实时渲染.为了实现对室外复杂场景真实感的渲染,提出了基于物理模型实现实时渲染草地波动效果的算法.用LBM模型模拟风力场,用简单且实用的方法建模草地,实现实时渲染大规模草地的波动效果,且能达到比较真实的效果.     

Separating semantics from rendering: a scene graph based architecture for graphics applications

A large number of rendering and graphics applications developed in research and industry are based on scene graphs. Traditionally, scene graphs encapsulate the hierarchical structure of a complete 3D scene, and combine both semantic and rendering aspects. In this paper, we propose a clean separation of the semantic and rendering parts of the scene graph. This leads to a generally applicable architecture for graphics applications that is loosely based on the well-known Model-View-Controller (MVC) design pattern for separating the user interface and computation parts of an application. We explore the benefits of this new design for various rendering and modeling tasks, such as rendering dynamic scenes, out-of-core rendering of large scenes, generation of geometry for trees and vegetation, and multi-view rendering. Finally, we show some of the implementation details that have been solved in the process of using this software architecture in a large framework for rapid development of visualization and rendering applications.     

基于分形递归算法的树木真实感绘制

快速真实地模拟树在风中的摇曳一直是计算机图形学中的一个挑战性问题,作为自然场景的重要组成部分,树木的真实感模拟也得到人们的广泛重视.树木种类繁多,形态各异,复杂的结构使其无论在造形、存储还是在绘制上都存在着相当的困难.大多数园林设计软件很难构建模型参数可变的三维树.研究了一种简易的基于分形递归算法的建模方法,利用过程参数控制树的摇曳,使模型的真实感更强,变形计算更容易,得到了令人满意的实验效果.     

一种实现森林场景漫游的几何与图像混合绘制方法*

提出了一种基于粒子系统和Particle System API的景物模拟方法,并采用Line方式取代传统的Point方式渲染粒子,结合纹理映射方法实现了多种喷泉模拟。实验证明用该方法模拟喷泉效果比较真实,速度快,在普通微机上可以得到令人满意的效果。     

大规模三维地形生成算法的实施与分析

为了探讨适合于虚拟现实中大规模三维地形生成的算法,文章分析了均匀网格算法和ROAM算法的原理及其特点,基于Molehill渲染引擎采用两种不同的算法实施了地形数据的模拟与绘制。实验结果表明,由于ROAM算法可根据视点的位置动态地计算模型的细节层次,减少了每帧渲染多边形的数量,所以,提高了大规模地形数据的运算效率,适合于大规模三维地形场景的虚拟建模需求。     

Fast generation method of 3D scene in Chinese landscape painting

The three-dimensional (3D) modeling of Chinese landscape painting is of great significance for the digital protection of cultural heritage and the production of virtual reality content. A fast modeling method to create 3D landscape scenes for traditional Chinese painting is proposed in this paper, based on integrated terrain modeling and the water flow rendering algorithm. A height map generation algorithm based on auxiliary lines is first proposed to carry out fast modeling from a simple two-dimensional contour to create a 3D mountain model. A realistic flow simulation that fits the topography is then undertaken, based on a flow chart which is calculated using the particle force in the normal grid of topography, and the theory of smoothing particle hydrodynamics. Finally, a stylistic scene that conforms to the artistic concept of traditional Chinese painting is acquired by optimizing the parameters. The interactive modeling platform of the integrated algorithm is tested in this study, and compared with existing research. Results show the method can achieve real-time rendering and realistic rendering to rapidly generate a 3D scene model consistent with a traditional painting scene, and provide support for the follow up development of virtual reality applications.

     

红外成像仿真外部渲染方法研究

研究了红外成像仿真中目标与背景红外图像合成的重要技术问题,详细阐述了外部渲染方法的设计思想,并介绍了几种典型情况下通过外部渲染方法建立红外场景仿真时对目标进行分割和聚合的方式.此外,文中还给出了外部渲染方法的图像合成处理算法.最后通过一个仿真实例对该渲染方法进行了验证.通过对待渲染场景的目标进行合理的分割和聚合,该渲染方法可以有效地简化红外场景的建模处理,创建和合成出足够逼真度的红外场景.     

Computing Dynamic Changes to BSP Trees

This paper investigates a new method for dynamically changing Binary Space Partition (BSP) trees. A BSP tree representation of a 3D polygonal scene provides an ideal data structure for rapidly performing the hidden surface computations involved in changing the viewpoint. However, BSP trees have generally been thought to be unsuitable for applications where the geometry of objects in the scene changes dynamically. The purpose of this paper is to introduce a dynamic BSP tree algorithm which does allow for such changes, and which maintains the simplicity and integrity of the BSP tree representation. The algorithm is extended to include dynamic changes to shadows. We calibrate the algorithms by transforming a range of objects in a scene, and reporting on the observed timing results.