GPU的发展及Maya即时渲染器FurryBall应用初探

图像渲染在电影、动漫的后期制作过程中起着非常重要的作用,渲染速度一直是困扰后期制作各个阶段的问题。GPU图形处理芯片的应用使渲染速度有了根本的改变。本文介绍了GPU的发展以及其推动图形处理技术应用的历程。通过对GPU辅助渲染软件furryBall的测试,对比了CPU和GPU的渲染效果,同时也指出furryBall软件现行版尚待改进的不足。     

微震监测区域的实时仿真建模方法

针对因建模的三维数据量巨大导致传统Open GL固定管线对三维地形渲染难以满足实时性需求这一问题,提出利用GPU可编程图形管线来进行渲染,实现区域的可视化实时显示。建模过程中首先使用基于分形理论的随机中点位移法产生地形高程数据,然后利用三角面元连接地形高程散点生成三维曲面,最后通过GLSL着色语言对GPU进行编程实现对地形的渲染。该方法建模过程与Open GL固定管线渲染效率进行对比,结果表明:利用GPU可编程图形管线对400万的三维地形网格数据进行渲染仅用时82.92 ms,效率远高于Open GL固定管线的渲染,能够满足实时渲染的需要。     

一种基于GPU的三维素描风格画的渲染方法

提出一种在GPU下将三维模型渲染成素描风格画的简单算法,通过分析素描面的特点,将整个渲染过程分为内部渲染和轮廓线的渲染。首先通过一种手绘风格生成算法实现素描风格纹理到模型的实时映射从而实现内部的非真实感渲染,再利用渲染到纹理技术通过边缘检测深度缓冲图像获取轮廓线,并对轮廓线图像采用一种多次采样叠加的算法生成素描风格画所特有的复线,最后将两种渲染结果进行图像的融合,产生最终的素描画风格。     

GPU支持下基于粒子系统编辑器的特效技术研究

针对粒子系统在计算机游戏特效设计过程中所存在的控制精度不高、运算量大等问题,提出了一种通过粒子系统编辑器生成粒子并基于GPU进行实时渲染的方法。使用粒子系统编辑器能有利于提高粒子系统制作的可控性,而基于GPU的仿真绘制则能够提高大规模粒子系统渲染的实时性。实验证明,GPU支持下的可编辑粒子系统能有效提升计算机游戏开发中的特效设计效率并获得理想效果。     

GPU上的水彩画风格实时渲染及动画绘制

论文提出了一种基于GPU的对三维场景进行实时水彩画效果渲染的方法。该方法的大部分过程使用图像空间的技术实现。算法将画面分为细节层、环境层、笔触层分别渲染,再进行合成。在过程中使用环境遮挡、shadow mapping等技术进行快速的阴影计算,并使用图像滤镜的方法模拟水彩的多种主要特征。由于该方法以图像空间的技术为主,因此可以利用GPU并行处理的特点对计算过程进行加速,进而达到实时的渲染速度。最后建立动画脚本分析系统,进行实时动画渲染,表明该方法在计算机动画、游戏等数字娱乐产业领域有较大的应用潜力。     

基于GPU加速视频抠像技术

为提高视频抠像处理的速度,提出基于GPU(图形处理器)加速的视频抠像方法,将色度抠像算法转化为GPU中的纹理图像渲染过程,利用GPU并行计算和高速浮点计算特性,使得色度算法在GPU中加速执行,有效的提高了算法计算速度。     

一个新的线索KD树并行算法

KD树是三维场景渲染中常用的空间加速算法。由于SIMD计算平台不支持递归操作,导致KD树在GPU上的应用受到限制,因此提出了一个新的基于SIMD架构的并行KD树算法。通过创建时对KD树线索化,不仅省去堆栈使用,且因无需回溯到根节点而减少大量无效遍历操作,实现了基于GPU的高效并行加速。实验结果表明,线索KD树算法每秒计算的光线数与传统算法相比,提高3~8倍不等,最终显著提高光线跟踪渲染速度。     

真实感天空的实时渲染

提出一种实现真实感天空实时渲染的高效方法.首先利用基于分析的天空模型实现天空的光照计算,该模型充分考虑了天空的昼夜变化,并对夜空中特有的各类光源如月球、星体、黄道光和气辉等进行分析;其次通过色调重现实现天空的真实感渲染,通过对暗视效果的模拟进一步提高夜空渲染的真实感;最后给出基于观察窗口的天空几何模型和银河系、星体的渲染方法,并通过图形处理器(GPU)实现上述算法的实时渲染.该方法适用于室外场景的渲染,并已成功应用于某直升机飞行模拟器中.     

高性能GPU模拟器的实现

基于图形处理器(GPU)由固定功能管线与可编程流处理器单元构成的特点,设计了一种半周期精确的模拟器实现方法,并结合一种GPU结构进行了GPU模拟器的实现。GPU模拟器支持OpenGL 2.0 API,在实现了固定功能管线的基础上,支持统一着色器渲染架构。模拟器对GPU结构进行半周期精确模拟。固定功能管线部分实现为完全周期精确模拟,可以进行3D图形算法的正确性验证以及性能评估。对可编程流处理器单元进行指令级功能模拟,在固定功能管线部分的配合下,可以快速轻量地对整个GPU结构进行结构与功能的验证。文章使用模拟器运行了glmark2测试集,并且根据测试结果对GPU结构进行3D图形算法正确性验证与性能评估,结果表明基于本文设计方法的GPU模拟器可以快速轻量地实现3D图形算法正确性验证与性能分析。     

实时水面模拟方法研究

提出了一种基于GPU的水面实时模拟方法。该方法不依赖于噪声图,而实现了实时的水波生成、折射和反射效果的菲涅耳合成以及水面光照模型的计算。利用GPU在片段处理前的光栅化处理,该方法渲染负荷不会因水面大小和精度而增大。且依赖GPU的高速计算能力,方法可以达到实时。     

基于GPU的超声弹性成像并行实现研究

为了提高超声弹性成像计算速度,提出使用GPU硬件加速基于互相关技术和相位零估计的弹性成像技术。先描述这两种弹性成像技术的实现细节及特点,然后分析这两种技术的计算密集操作部分的并行化计算可能性,最后通过GPU程序开发工具ArrayFire实现了基于GPU的互相关和相位零估计的超声弹性成像技术。通过模拟和扫描仿真人体组织的弹性成像体模获得的压缩前后数据帧对基于GPU的超声弹性成像方法进行测试与验证。实验结果表明,基于GPU的方法可以大幅提高弹性图计算速度,在处理单帧弹性图条件下,与基于互相关方法比较,加速比达到42,而基于相位零估计的方法在提高数据吞吐量的情况下加速比可达到65。     

三维动画渲染技术解析

渲染是三维动画制作重要的组成部分,所有的前期工作成果必须通过渲染加以完成和体现,了解渲染器的技术原理和工作方式对于渲染工作至关重要。本文从材质表现的基本原理、折射与反射、营造真实的环境光照等多个方面,对三维渲染的关键性技术做了"解构性"论述,阐明了渲染技术的构成主体与发展脉络,并对渲染技术的未来发展进行了预测。     

三维动画渲染技术解析

渲染是三维动画制作重要的组成部分,所有的前期工作成果必须通过渲染加以完成和体现,了解渲染器的技术原理和工作方式对于渲染工作至关重要。本文从材质表现的基本原理、折射与反射、营造真实的环境光照等多个方面,对三维渲染的关键性技术做了“解构性”论述,阐明了渲染技术的构成主体与发展脉络,并对渲染技术的未来发展进行了预测。     

实时渲染技术在动画制作流程中的应用

实时渲染(Real-Time rendering)是指通过计算机运算对图像数据进行实时计算与输出的过程,即所见即所得.目前,很多三维游戏大多都是通过对游戏引擎的优化进行实时渲染,此技术的引进可以让游戏画面、虚拟现实画面、艺术装置画面等跟随体验者实现改变,让体验者在不同画面场景中获得与现实世界高度相似的感受.与电影领域离线渲染不同,此技术注重对显卡的运算能力,并非传统的中央处理器.当下阶段的技术条件,实时渲染技术的影响质量难以达到电影特效与动画行业的主流渲染工具带来的效果.基于此,本文从动画电影、动画短片的实时渲染技术为切入点,对实时渲染技术在动画制作流程中的应用进行研究,并总结此技术未来的发展趋势与展望.     

利用GPU进行字符串匹配

GPU通过SIMD(Single Instruction Multiple Data,单指令多数据)对图像数据进行并行处理。字符串的匹配在信息检索、计算机病毒码匹配和生物基因技术领域中都有应用。探讨利用GPU进行字符串的匹配。     

基于视差贴图的伪室内贴图的研究与实现

计算机图形学中的纹理贴图技术是致力于增强渲染真实感的重要技术之一,可以使虚拟物体具有纹理、颜色和细节上的真实感。视差贴图是纹理贴图技术的一种,基于其原理的伪室内贴图技术可以在不使用真实三维模型的情况下,增加建筑物内部的纵深感与细节。本文结合游戏制作领域的相关技术,制作了相关测试贴图并在虚幻引擎(UE)中实现伪室内贴图。最后通过设计实验对比了伪室内贴图与真实三维模型内景的实时渲染效率,实验结果表明伪室内贴图技术可以通过较低的资源消耗实现建筑门窗内景渲染,从而提高提升整个虚拟场景的真实感。     

船舶集控室虚拟仿真系统的设计与实现

在分析现有虚拟现实技术与船舶集控室的基础上,采用3D-MAX与XNA分别实现了三维模型的建立与虚拟场景的漫游和交互,应用C#语言编写了集控室的二维模拟软件,通过UDP协议实现了三维虚拟场景与二维模拟软件之间的通讯.根据光照效果的数学模型,采用高级着色语言(HLSL)开发了一种基于GPU的着色器,降低了GPU与CPU之间的传输负荷,增强了虚拟场景真实感.     

基于交互引擎技术的电影视效创制流程研究

本文立足于当下元宇宙与交互技术的突破发展,以传统电影视觉特效的制作流程为切入点,通过研究交互引擎实时渲染与传统离线渲染在创制流程上的不同,基于交互引擎的特效技术对于电影视觉呈现所带来的变革,以探索电影视效创制的新流程,并结合人工智能技术在实时视效中的应用,进一步探讨电影视效在交互引擎中的创制路径与发展启示。     

基于GPU的结构光三维测量快速计算方法

针对CCD摄像机高分辨率下CPU进行三维测量计算效率低的问题,提出基于GPU技术的快速计算方法.同时针对三维测量的四个具备并行度的过程,该方法给出了在GPU上可实现的具体算法流程,并根据数据规模及GPU特性,设计了一种新的GPU设备端数据结构组织方式.实验结果表明,该方法有效利用了GPU的大规模并行处理能力,在处理500万像素数据过程中整个测量时间仅需4s左右,计算效率是CPU的160倍.     

3D游戏引擎构架及游戏动画渲染技术分析

3D游戏引擎及动画渲染技术是虚拟动画或影视动画制造的主要工具。该文简单介绍了游戏动画渲染技术的概念,从系统模块、底层渲染模块、数据存储模块、控制台模块以及游戏接口模块等方面介绍了3D游戏引擎的构架,并进一步对Unity引擎参与CF大动画、Cartoon CG卡通渲染等3D游戏动画渲染技术的应用进行分析,希望为3D游戏引擎构架及游戏动画渲染技术的应用提供相应的参考。