细节保护的流体表面绘制方法

为了在流体仿真中实现逼真的可视化效果,有效地保护流体表面细节,提出一种面向粒子流体的表面绘制方法.首先定义了一个自适应标量场计算模型,用自适应的椭球型核函数取代传统的球型核函数,并通过约束校正的方法获得自适应的粒子半径;为了降低内存消耗,提出表面粒子提取方法,根据粒子的数量自动计算网格的分辨率,并仅在接近表面的粒子上生成标量场;在绘制阶段,将场景中物体的几何绘制与光照计算解耦和,在着色中采用屏幕空间的折射与焦散方法.实验结果表明,在不同规模的粒子流体场景中,该方法都具有很好的可视化效果和性能.     

基于VR的虚拟现实模型优化研究

分析了影响模型输出的3种原因：硬件、图形处理卡和模型表面构成。以＂绘制流水线＂理论为基础,分析了VR系统结构的设计方法,重点研究了绘制流水线上应用程序阶段、几何阶段、光栅化阶段产生瓶颈的原因以解决瓶颈的优化方法,讨论了加快模型输出的方法。     

复式并行流水线在基于PC集群机的并行绘制中的应用

提出基于动态绘制组的混合式体系结构,除了动态绘制组间的并行处理流水线外,在动态绘制组内部设计了缓帧并行流水线改进工作流程,形成了复式的并行绘制流水线,大大地提高了基于PC集群机的并行图形绘制系统的整体性能.采用此复式流水线的原型系统在实际测试中表现突出,性能比单层并行绘制流水线绘制系统有较大提高.     

基于LBM的自由表面流体真实感绘制

针对自由表面流体的模拟,提出一种基于Lattice Boltzmann(LBM)的高效建模和绘制的方法.首先基于浅水方程的LBM模型进行流体建模及表面高度场计算,并提出一种基于Marching Cubes和自由表面算法结合的方法来抽取流体的表面,随后采用考虑移动障碍物的外力叠加机制和自适应加密算法来进行流体交互及表面的网格重构.最后采用硬件加速技术实现了不同自由表面流体的绘制,如溪流、水池浅水流、洪水水淹等真实感效果.     

图形处理器用于通用计算的技术、现状及其挑战

多年来计算机图形处理器(GP以大大超过摩尔定律的速度高速发展.图形处理器的发展极大地提高了计算机图形处理的速度和图形质量,并促进了与计算机图形相关应用领域的快速发展与此同时,图形处理器绘制流水线的高速度和并行性以及近年来发展起来的可编程功能为图形处理以外的通用计算提供了良好的运行平台,这使得基于GPU的通用计算成为近两三年来人们关注的一个研究热点.从介绍GPU的发展历史及其现代GPU的基本结构开始,阐述GPU用于通用计算的技术原理,以及其用于通用计算的主要领域和最新发展情况,并详细地介绍了GPU在流体模拟和代数计算、数据库应用、频谱分析等领域的应用和技术,包括在流体模拟方面的研究工作.还对GPU应用的软件工具及其最新发展作了较详细的介绍.最后,展望了GPU应用于通用计算的发展前景,并从硬件和软件两方面分析了这一领域未来所面临的挑战.     

改进OR1200 CPU流水线的设计

流水线是制造高性能CPU的关键技术,目前被广泛研究的OR1200是一款带有四级流水线的免费开源CPU. 为了提高流水线的效率,针对OR1200没有设计访存流水段,流水线会暂停等待加载存储类指令这个问题,在LSU操作即访存操作模块,为OR1200增加了访存流水段,设计了冒险检测和旁路单元,因此CPU在访存阶段不需要暂停,从而使OR1200变为真正的五级流水线CPU;另一方面,当需要用加载指令加载数据的时候,会导致加载类数据冒险问题,为了解决此类冒险,设计了数据有效信号Tag,用来控制流水线暂停,对乘法计算、访存阶段以及其他不能在执行阶段得到结果的运算作流水线暂停判断,以等待数据的获取. 通过实验仿真证明,Tag信号暂停流水线一个时钟后会把数据反馈回去,成功解决了必须暂停数据相关问题的暂停判断问题.     

图形处理器流水线数据压缩技术研究综述

提高功耗效率是高端GPU的关键设计目标之一,在3D图形渲染流水线的多个阶段使用数据压缩技术能够显著减少GPU片外存储器的访问量,从而达到提高图形绘制性能和降低功耗的效果。为了对图形处理器流水线数据压缩技术的应用现状进行总结和分析,立足于GPU图形渲染流水线和存储系统的结构特征,归纳了各种缓冲区对象、纹理数据专用压缩算法的关键特性;分析了图形流水线数据压缩技术的研究现状、不足与挑战;并基于应用需求指明GPU流水线数据压缩技术进一步的研究内容。     

在流水线结构上的基于Shear-Wrap的并行体数据绘制算法

在以前的基于目标空间划分的并行体数据绘制算法中，局部绘制和图象融合是两个串行的过程，在节点机的局部绘制阶段几乎没有数据通讯，但在数据融合阶段数据通讯量非常大，出现总线争用甚至通讯阻塞，而且在这个阶段有非常大的同步开销。本文利用流水线结构，让局部体数据绘制和图象融合并行执行，很好地解决了上述缺点。并在一个基于微机的流水线结构上实现了一个新的基于目标空间划分的并行体数据绘制算法。     

用数学软件Mathematica计算流体输送

流体输送是化工生产过程基本的单元操作.作者提倡用数学软件Mathematica计算流体输送中的有关数学问题.本文用曲线拟合法由离心泵的实验数据求出泵的特性曲线,用Solve等命令求解泵工作点和泵组合中遇到的非线性方程组,用绘图命令绘制了数据和函数的图形,准确、形象地展示计算过程和结果,方便教师讲解和学生理解,免去复杂、繁琐、耗时的手工计算,提高学生利用计算机解决流体输送问题的能力.     

一种流体艺术风格的自适应LIC绘制方法

把LIC算法应用到非真实感绘制中,提出一种自适应流体艺术图的LIC绘制方法.对源图像亮度分量计算切矢量场,然后对其进行增强、平滑处理获得结构矢量场;通过随机扰动源图像获得纹理参考图像;根据结构矢量场和纹理参考图像的局部特征产生可变的LIC积分步长和步数,自适应地处理纹理参考图像;最后对绘制效果进行颜色渲染,生成具有丰富颜色特征的流体艺术图.实验表明,该方法能够较好地模拟诸如梵高画的流体艺术风格,呈现生动、灵活的波动感.     

基于贝塞尔曲线的测井曲线动态绘制

在动态岩心库管理中,测井曲线包含了丰富的地质信息,良好的测井曲线绘制效果,能为地质工作人员挖掘丰富地质内容提供有效的帮助。针对测井曲线绘制任务中,测井曲线数据量大,传统动态绘制出现明显的掉帧、卡顿和模糊的问题,设计了在Canvas画布上使用贝塞尔曲线完成测井曲线动态绘制的方法,提升了动态绘制的流畅度和清晰度,具有一定的实用性。该方法采用道格拉斯-普克算法抽稀曲线数据,再通过拟合贝塞尔曲线恢复测井曲线,以达到提高流畅度和清晰度的效果。实验结果表明,抽稀数据减小了Canvas画布的负担,能够快速绘制测井曲线,贝塞尔曲线拟合程度满足岩心库的需求,同时,测井曲线的实时交互设计便利了相关人员的工作。     

运用流体模拟的油画生成方法

与真实感绘制技术关注于传统的3D图形学不同,非真实感绘制技术更加强调艺术表现力、主观意识与情绪的传递以及强化重要信息、忽略非关键信息等方面.提出了一种自动的、基于流体模拟的方法来生成具有凡高后期风格的油画图像.提出以流体线条参考图颜色梯度的法线方向作为画笔方向,对原图进行多层绘制;同时,提出一种改进的多光源局部光照模型,以有效地反映不同光照条件下艺术图像的不同表征力.另外,设计了一种在光照条件下模拟画笔物理特征的方法,该方法通过bump-mapping增强绘制图像的涂料层叠感.为了使生成的绘制图像具有凡高油画的色彩风格,采用了一种颜色转换方法,将特定的艺术原画色彩特征转换到绘制图像上.实验结果表明,对于给定的输入图像,该算法能够有效地生成具有凡高后期艺术风格的油画.     

并行图形绘制技术综述

为研究并行图形绘制技术,介绍图形绘制的流水线过程,对其内在的可并行性进行分析,研究并行绘制的实现方式,包括流水线并行、数据并行和作业并行,以及前分布拼接合成、中分布拼接合成和后分布拼接合成,讨论并行绘制面临的主要问题及其发展趋势。     

多相流灾害场景的真实感建模与绘制

自然灾害场景的真实感建模与绘制在防灾救灾、影视特技制作及数字娱乐等方面有着广泛的应用.提出一种新的基于物理的多相流模型来模拟洪水、泥石流、山体滑坡等一系列自然灾害景象.基于各种灾害现象的成因建立不同阶段的流体行进模型,并通过改进传统的平滑粒子流体动力学方法,成功地实现了固液两相之间的相互作用,建立了新的多相流运动模型;通过调节模型中的固相体积比及其他特征参数,可绘制出洪水、泥石流和山体滑坡等不同灾害场景的动态过程,并生动地展示灾害性多相流摧毁建筑物的过程.     

基于GPU的后置处理运动模糊算法

针对虚拟现实系统中运动模糊的真实感绘制问题,着重研究了一种基于图形处理器（GPU）后置处理的运动模糊改进算法. 该算法通过将场景渲染时前后两帧全分辨率纹理图的深度值存入深度缓存区,使用其深度信息与当前帧的映射矩阵提取物体的世界中心坐标,并获取运动的速度矢量;沿速度矢量进行采样、高斯滤波,最后引入模糊因子,并对线性化采样值进行加权融合,力求实现最真实的运动模糊效果. 实验结果表明：所提算法不仅不会影响大型虚拟现实系统的渲染流畅度,更改善了过分重影或者拖影,具有良好的实时性和真实感.     

基于引导滤波器和局部回归理论的Monte Carlo图像噪声移除算法

针对现有Monte Carlo(MC)光线跟踪算法中噪声影响大和绘制消耗高的问题,提出一种基于引导滤波器和局部回归理论的自适应绘制算法.首先计算场景特征图像的梯度信息,利用引导滤波器对初始特征图像进行预过滤,以提高诸如景深、运动模糊等特殊绘制效果的图像质量;然后利用局部回归理论进行图像重构,并在图像空间计算最优重构参数,从而避免由含噪特征图像导致的噪声传递问题;最后计算Stein’s unbiased risk estimator(SURE)评判像素复杂程度并引导自适应采样过程.实验结果表明,该算法能够在提高图像视觉质量的同时,有效地降低了噪声影响,并能够绘制高质量的景深、运动模糊等特殊效果.     

流体动画方法综述

介绍了二维流体和三维流体动画方法。流体动画制作分为两步：流体表面建模和流体绘制。二维流体建模主要采用参数建模方法,基于傅立叶变换原理,合成波动的二维流体表面。三维流体建模一般基于Navier-Stokes流体方程,利用流体内部的速度建立流体表面的方程。流体绘制主要采用光线跟踪方法。流体动画的挑战和发展方向在于：流体动画控制、实时绘制、细节表现。     

大规模城市场景的高效建模及其实时绘制

提出一种新的大规模城市场景高效建模及实时绘制方法.该方法综合建筑物的航拍图及地面图片来分层构造单体建筑物的几何模型与纹理,构建出该城市的建筑模型库;并通过城市的小区规划图生成小区模板库,可高效地实现大规模城市的风格式建模.采用单体建筑物的简化建模方法,将分页式的场景剔除技术引入城市场景的图形绘制流水线中,可实现雨、雪等不同气象条件下大规模复杂城市场景的实时绘制,整个场景的平均绘制速度达到20帧/s.     

基于图形处理器加速光线投射算法的多功能体绘制技术

为克服传统算法中体绘制交互速度不流畅、重建耗时长、绘制效果单一的不足,实现了基于图形处理器(GPU)的光线投射算法用于医学层析图像实时体绘制,并能快速切换不同组织器官的绘制效果。首先,读入医学层析图像到计算机内存,构造体素;然后,设置相应体素属性(如插值方式、着色处理、光照参数)等,设计显示不同组织器官的颜色及不透明度传输函数;最后,GPU加载体素据并进行光线投射算法的计算。实验结果表明,在绘制速度上,GPU加速光线投射算法实现的多功能体绘制技术的绘制速度能达到每秒40帧以上,完全满足临床应用需求。在绘制质量上,用户交互中由于重采样而产生的锯齿现象明显低于CPU端实现的光线投射算法,GPU端与CPU端绘制时间的加速比在9倍左右。     

基于图形处理器加速光线投射算法的多功能体绘制技术

为克服传统算法中体绘制交互速度不流畅、重建耗时长、绘制效果单一的不足,实现了基于图形处理器(GPU)的光线投射算法用于医学层析图像实时体绘制,并能快速切换不同组织器官的绘制效果。首先,读入医学层析图像到计算机内存,构造体素;然后,设置相应体素属性(如插值方式、着色处理、光照参数)等,设计显示不同组织器官的颜色及不透明度传输函数;最后,GPU加载体素据并进行光线投射算法的计算。实验结果表明,在绘制速度上,GPU加速光线投射算法实现的多功能体绘制技术的绘制速度能达到每秒40帧以上,完全满足临床应用需求。在绘制质量上,用户交互中由于重采样而产生的锯齿现象明显低于CPU端实现的光线投射算法,GPU端与CPU端绘制时间的加速比在9倍左右。