基于硬件细分的层次细节地形渲染算法

针对顶点着色器细分地形网格需要额外生成模板、计算细分层次复杂的不足,提出了一种利用细分着色器进行地形网格细分的层次细节(LOD)地形渲染算法。利用分块四叉树组织建立地形粗糙网格的分层结构,以LOD判别函数对活动地形块进行筛选;提出了在细分控制着色器中基于视点三维连续距离的细分因子计算方法,并针对外部细分因子进行处理消除了裂缝;实现在细分计算着色器上的置换贴图,对精细网格的高度分量进行位移。而且将四叉树结构存储至顶点缓冲区,减少中央处理器(CPU)与图形处理器(GPU)的资源交换;引入细分队列加速细分过程。实验证明,该算法具有平滑的细节层次过渡和良好的细分效果,能够有效提高GPU利用率和地形渲染效率。     

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。     

分块LOD大规模地形实时渲染算法

针对大规模地形渲染时内存消耗大、帧速率低的问题,提出一种基于线性四叉树的分块层次细节实时渲染算法.在Geomipmapping算法的基础上,首先通过降采样获得相同尺寸的高程数据,结合不同缩放、平移因子,离线建立地形块金字塔结构;然后构建地形块的线性四叉树索引,并定义更为合理的地形块调度准则;最后利用垂直裙带法消除裂缝,设计基于GPU的morphing方法实现顶点的几何过渡.实验结果表明,文中算法能明显减少高程数据存储量,有效地降低了CPU处理时间和GPU渲染批次;在保证画面平滑流畅的同时,达到了较高的渲染速率.     

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。     

一种超大规模地形场景的实时渲染算法

超大规模地形场景包含大量的数据,无法一次性载入内存进行实时渲染.基于Geometrical Mipmapping算法,结合动态调度技术,提出一种高效的超大规模地形场景实时渲染算法.算法对海量地形数据进行分块,在实时运行时,根据视点的位置动态地载入所需的地形块和释放无用的地形块,使得内存中的地形数据维持在一定范围内.然后,通过LOD技术和视域剔除对内存中的地形数据进行简化,大量减少送入GPU的三角形数量,从而达到实时渲染.实验结果表明,算法渲染速度快,内存开销较小,适合于超大规模地形场景的实时渲染.     

面向GPU的批LOD地形实时绘制

为提高大规模地形实时渲染时的绘制效率,提出一种使用地形分块作为处理单元的批LOD算法。在预处理阶段,将多分辨率的地形数据划分成适于GPU批处理的分块,使用四叉树进行分块的有效组织。在此基础上,提出一种基于分块绘制的LOD误差标准,简化层次选取的计算量,通过增加"裙"和进行几何变形实现了层次间的有效过渡;实时绘制过程中,使用视锥裁剪减少进入图形硬件的数据量,利用地形四叉树列表和预测机制实现地形数据的有效加载管理。实验结果表明,本文算法能够充分发挥图形硬件的性能,具有较高的地形实时渲染效率。     

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。     

一种视点相关的LOD地形生成算法

实际应用表明顶点曲度、感知强度和视点移动速度这三个因素对LOD地形渲染有很重要的影响,而传统LOD地形渲染制算法没有综合考虑它们.因此,本文通过对顶点曲度、感知强度、视点移动速度这三个因素进行量化,并把它门融合进节点评价函数中,进而提出一种新算法.实验充分利用了GPU的特性,将算法中各个因子的计算移植到GPU上执行,将一些重复使用率高的顶点和连续几帧保持不变的三角形数据存储到显存中.结果表明,本算法具有较好的实时性.帧速率变化平稳.     

屏幕空间自适应的地形Tessellation绘制

为了在大规模真实感地形渲染中利用GPU硬件加速的Tessellation技术,在对地形Tessellation原理分析的基础上,提出一种屏幕空间自适应的地形Tessellation绘制算法,实现了在GPU内部对地形模型的三角形自适应细分。该算法采用Tile和Patch的形式对地形数据进行分层组织,在CPU和GPU上分别以Tile和Patch为基础实现地形LOD(level of detail)的自适应简化;提出在Hull Shader上基于Patch边界的细分系数计算模型,确保了Patch细分时的无缝连接;给出了Domain Shader上置换贴图的处理过程,以实现细分顶点的高程纹理映射;并且采用了两级视锥体裁剪机制,减少了渲染数据的冗余量。实验结果表明,该算法具有较好的屏幕空间自适应性和渲染性能,能够在输入粗糙网格的基础上,渲染输出高分辨率几何细节特征的地形模型。     

基于光线投射的全GPU实现的地形渲染算法

地形渲染算法需要处理大量的地形及纹理数据,影响三维动画显示的流畅性和性能提高。随着GPU绘制能力提高,CPU与GPU的负载失衡逐渐成为制约性能提高的瓶颈。结合现代GPU体系结构,在GPU上实现了基于光线投射（Ray Casting）的地形渲染算法。算法简化了Ray Casting算法,把LOD策略和预裁剪统一到GPU中实现,保证了CPU和GPU之间的负载平衡,同时简化了应用程序的编制。为获得较好效果,还采用查找表（Lookup—Table）的实时纹理合成算法合成纹理,进一步降低了CPU处理纹理数据的开销。实验表明,本文算法不仅充分利用了GPU的处理能力,还降低了CPU负载,提高了动态三维重建的帧刷新率,并获得较逼真的渲染效果。     

基于纹理数组的大规模地形绘制算法

将Shader Model 4.0引入的纹理数组技术同顶点纹理拾取技术、瓦片块四叉树算法和地形分块技术等相结合,提出了一种基于GPU的大规模地形绘制方法。将整个大规模地形数据分割成地形块,按照金字塔模型保存在CPU内存里,将地形中潜在的可见部分以纹理数组形式驻留在GPU Cache里;在CPU上发送瓦片块四叉树平面网格,利用存储在GPU Cache里的高程值生成相应的地形;GPU Cache随着视点运动而连续更新。实验证明该方法充分利用了现代GPU的特性,适合于大规模地形的漫游。     

结合视点变换的三维地形无缝绘制算法

针对传统地形裂缝消除技术普遍存在构网速度慢,层次约束强等问题,提出了一种结合视点变换的地形无缝绘制算法。该方法首先根据精度生成LOD粗模型,然后利用纹理映射技术生成精细网格,并根据视点动态调整顶点位置以消除因层次细节过渡产生的T型裂缝。此外,通过CPU-GPU协同工作的方式,将批量构网及渲染的工作从CPU移植到GPU中,提升了整个系统的处理速度。实验结果表明,该方法可以有效消除地形裂缝,保证网格平滑过渡。     

基于GPU编程的地形可视化

由于地形模型固有的复杂性,致使计算机硬件水平一直难以满足大规模地形模型的实时显示需求。为了在现有的硬件水平上实现地形模型的快速绘制,在对传统的ROAM算法进行改进的基础上,提出一种基于GPU编程的地形可视化算法,实现了视点依赖的大规模地形的快速可视化。该算法首先基于改进的ROAM(real-time optimallyadaptive meshes)算法生成视点依赖的优化连续LOD模型;然后用GPU编程计算顶点的变换、法向量、纹理坐标、纹理采样和面元光照;最后完成地形的着色。实验结果表明,利用GPU编程不仅能有效提高算法速度,而且能实现较大规模地形的实时漫游。     

自适应多特征融合的真实感地形快速绘制

针对真实地形可视化中数字高程模型(DEM)数据结构复杂且绘制速度不佳的问题,提出一种基于自适应多特征融合的真实感地形快速绘制方法.引入地形高程熵,对真实的DEM高程数据进行特征提取以生成地形总体框架;利用随机中点位移分形算法并根据地形特征优化分形参数来增加地形高频细节;计算视点与地形之间的距离阈值,并对应于层次细节(LOD)等级,以实现地形自适应的调度,再根据不确定性判定因子对地形特征进行更新.最后对本文算法进行并行处理,充分利用图形处理单元(GPU)技术对地形进行加速绘制.实验结果表明,该方法生成的地形具有较高逼真度和较好实时性.