飞行器表面矢量场数据动态纹理可视化方法

面向飞行器表面流场数据可视化的应用需求,提出一种基于线性卷积（LIC）及纹理平流（IBFVS）相结合的动态纹理可视化方法。算法通过将IBFVS方法的背景随机噪声替换为LIC纹理方式,结合了LIC纹理结果对比度高及IBFVS方法生成速度快的优势;针对LIC绘制速度慢的不足,利用GPU对曲面矢量场投影并插值,生成规则矢量数据场;用GPU对LIC部分进行并行加速,有效提高了LIC纹理图像产生速度;将LIC结果图像加入到IBFVS进行平流,生成纹理图像,最后加入颜色映射,丰富流场信息。实验结果表明,该方法生成的飞行器表面动态纹理图像对比度高,清晰度强,实时绘制性能好。     

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.     

一种新的VolumeLIC可视化方法

矢量场可视化是科学计算可视化中最具挑战性的研究课题之一,为了能在二维屏上直观显示三维矢量场,将基于纹理的LIC方法拓展到三维矢量场可视化,通过设计稀疏线噪声纹理并配合斜坡卷积核提高VolumeLIC图象质量,显著增强空间深度感,并采用光线投射直接体绘制方法生成VolumeLIC图象,另外,针对循环动画的突兀现象,提出HRCK（Hanninged RampConvolutionKernel)法生成流场的VolumeLIC循环动画,提出VolumeLICProbe交互洞察三维矢量场内部信息,通过实例表明,本文所提方法具有良好的可视化效果,交互方便,并已应用地幔可视化等领域。     

基于纹理的增强型3D流场绘制

提出一种基于纹理的增强型3D矢量场可视化算法,可显著地改善传统纹理法的绘制质量.首先通过对3D纹理的线性卷积运算生成具有空间相关性的卷积纹理;然后对卷积纹理进行高通滤波,以增加流面内流线之间强度的对比;最后通过体绘制方式展示3D卷积纹理.借助权重区域,该算法可以显示用户感兴趣区域或特征区域,避免卷积数据过多引起的紊乱及相互遮挡.     

3D非均匀直线网格GPU体绘制方法研究

计算机图形硬件技术的快速发展可以用来加速可视化过程,为此针对非均匀直线网格,给出了基于均匀辅助网格的CPU光线投射算法、基于辅助纹理的GPU光线投射算法,以及基于切片的3D纹理体绘制算法,并在Nvidia Geforce 6800GT图形卡上对这些算法进行了测试。结果表明,GPU算法远远快于CPU算法,而基于切片的3D纹理体绘制算法则快于GPU光线投射算法。     

基于非线性渐变式颜色映射的LIC改进算法

线积分卷积（LIC）算法展现的纹理反映了整个矢量场的方向结构,但却不能展现矢量场的强度大小。针对此问题提出基于非线性渐变式颜色映射的LIC改进算法,将矢量场强度与白噪声结合作为LIC的输入纹理,运用FastLIC思想并划分纹理区域同步执行LIC运算来提高算法效率;再将矢量场强度作非线性变换,根据渐变式颜色映射方案使用OpenCV处理引擎并行实现矢量场强度的颜色映射; 最后由LIC得到的灰度纹理和颜色映射结果确定合成系数并构造累计函数增强两者结果,再进行线性合成运算得到最终的可视化效果。在对全球海洋流场和风场两种典型的矢量场进行可视化以及与其他算法对比实验表明,改进算法得到的可视化效果纹理清晰,较好地展示出矢量场的方向和强度,能够更准确地反映矢量场的全方位信息和局部变化情况。     

基于微分的增强型三维矢量场可视化

为提高3D矢量场可视化效果,提出了一种基于微分滤波的流线增强方法。首先对三维纹理进行线性卷积运算,生成具有空间相关性的卷积纹理;其次对卷积纹理进行分数阶微分滤波,增强流线之间强度对比;最后采用纹理映射体绘制技术实现三维矢量场可视化,并通过设计体绘制的传输函数来显示矢量场的内部结构。实验结果表明,该方法有效地增强了流线间的对比,使绘制的流线更加平滑,同时也有效地消除了卷积数据过多引起的紊乱与相互遮挡。     

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。     

带材质的GPU加速体绘制算法

在体绘制过程中,为了给物质表面加入材质(光照和纹理)来提高结果的可读性,提出一种带材质的体绘制算法.通过引入2D球面光照贴图,用纹理映射替代了GPU中复杂的光照模型计算;利用物质表面单位法向量索引球面光照贴图中对应点的颜色信息,从而给物体表面赋予各种材质属性;并结合基于3D纹理的GPU光线投射算法完成绘制.实验结果表明,该算法简单易行,在增强可视化效果的同时使得绘制的效率也得到提升.     

着色噪声的LIC算法

LIC方法是用于矢量数据可视化的一种纹理合成方法，该文中提出着色噪声的LIC方法CLIC，按照速度矢量的方向对传统LIC方法中使用的白色噪声进行着色，生成的图象中可以区分不同的运动方向，这一方法应用在爆炸场数值模拟，可以清晰地展示爆炸场的复杂的流场特征。     

二维LIC矢量场可视化算法的研究及改进

线积分卷积(LIC)是一种针对矢量场的可视化方法.针对二维空间上的LIC算法进行了研究并提出了改进.首先,针对某些二维矢量场在用户关注区域矢量大小比较接近的问题,采用非线性的颜色映射法进行处理,最终的可视化结果可以突出用户感兴趣区域的矢量场特征.其次,从原始LIC算法的串行计算任务中提取出4个可以并行计算的子模块,并依托NVIDIA的CUDA架构实现了颜色增强LIC法的硬件加速.结果表明,加速后算法的加速比随着输入矢量场分辨率的增加而增加.因此,该算法适用于高分辨率二维矢量场的交互式可视化,且没有特别高的硬件要求,通用性较好.总之,新的算法较原始算法在视觉效果和性能上都有所改进.     

LIC纹理中可视矢量大小的方法

线积分卷积 (LinearIntegralConvolution ,LIC)纹理很好地可视了 2D矢量场的方向信息 ,本文提出了两种在LIC纹理中同时可视矢量大小的方法 :多粒度LIC和图像混合。多粒度LIC利用纹理粒度可视矢量大小 ,采用变宽度的邻域平均 ,快速、方便地合成多粒度噪声 ,然后 ,利用滤波器长可变的FLIC快速计算。图像混合技术将LIC纹理和矢量大小的映射图像混合 ,同时可视大小和方向 ,讨论了多种矢量大小的映射方法和硬件支持的图像混合技术。对于实际的矢量场 ,上述两种方法取得了很好的可视效果。     

自适应稀疏纹理生成方法

当我们对3D向量场可视化时,由于遮挡原因我们很难观察到我们感兴趣的地方。为了解决这个问题,该文采用密度控制,低差异采样的方法来生成3D纹理,同时提出了基于权重因子的噪声纹理生成方法。该文的采样方法通过空间填充曲线把三维采样问题转换为一维问题解决,在三维纹理空间绘制一条空间填充曲线,然后沿着这条曲线分布采样点,最后生成噪声纹理。实验结果表明,该文的方法很大程度上解决了3D流场的遮挡问题,让我们更清晰的看到流场重要特征。     

一种改进的基于CUDA的纹理映射和光线投射结合的体绘制算法

针对传统的基于GPU的光线投射算法绘制效率较低的问题,利用CUDA架构的并行计算特性和对三维纹理的处理能力进行改进和优化.将体数据映射为三维纹理,利用CUDA三维数组进行存储与绑定,纹理拾取的浮点返回值利用线性滤波进行平滑.在传输函数的设计中引入中心差分梯度幅值增强对体数据边界面的绘制效果.每条光线的求交及颜色积累采用并行计算,按照由前向后进行颜色及不透明度累积.设置不透明度阈值,采用不透明度提前终止加速绘制.实验结果表明,绘制速度较传统的基于GPU算法有10％的速度提升,绘制效果也有很大的改善.     

基于GPU的交互式体数据切割

为实现实时高效的体数据切割操作,提出一种将人机交互和基于GPU的体绘制相结合的切割方法.先通过人机交互生成多个切割体的几何形状并三角化,将其作为基于GPU的光线投射算法的代理面,然后利用深度剥离算法获得光线在所有代理面上的出入射点坐标,并用多个通道完成体绘制.该方法在单个3D纹理上进行,可以实现多个任意形状的切割体切割,在节省GPU内存空间的同时,提高了切割后的绘制效率.     

视点相关的层次采样:一种硬件加速体光线投射算法

光线投射是一种高质量的体绘制方法.它以图像空间为序,逐根光线遍历和采样体数据.因此,传统上,它只能在CPU上实现,因而速度慢,交互性不好.提出了一个新的视点相关的层次采样VDLS (view dependent layer sampling)结构,VDLS将光线上的所有采样点重新组织成一系列层,并简化为两个视点相关的几何缓冲器,进而在GPU(graphics processing unit)中用两个动态纹理表示.利用GPU的可编程性,光线投射算法的6个步骤(光线生成、光线遍历、插值、分类、着色和颜色合成)得以完全在GPU中实现.在此基础上,提出两个基于体空间和图像空间连贯性的加速技巧,快速剔除无效的光线.结合其他与渲染和颜色合成有关的技巧,VDLS将面向多边形绘制的图形引擎转化为体光线投射算法引擎,在透视投影方式下,每秒能处理1.5亿个插值、后分类与着色的光线采样点.实验结果表明,提出的方法能用于医学可视化、真实物理现象模拟、材质检测中灰度体数据快速交互的可视化与漫游.     

基于GPU光线投射的多平面交互彩色体数据切割方法

基于代理多边形的3D纹理映射体绘制成像速度快,能够直接利用OpenGL剪切平面功能实现多平面实时切割,但成像质量不高.本文通过分析彩色数据场的不透明度转换函数,研究基于GPU的光线投射算法,用于数字人彩色体数据的快速高质量可视化.为了避免转换函数设计困难和不足,提出一种基GPU的多平面快速切割算法,能够实时清晰观察彩色体数据内部组织.实验结果表明:基于GPU的光线投射算成像质量高、速度快,该多平面交互切割方法能够清晰观察组织结构.     

基于CUDA海量空间数据实时体绘制研究

针对海量空间科学数据的精细及实时三维绘制需求,提出并实现了一种基于CUDA语言的并行化光线投射体绘制加速算法,利用传统体绘制算法中光线投射法的可并行特点和GPU中高速的纹理查询的优点,通过一个实际坐标到纹理坐标的转换函数实现了对不规则采样数据的准确采样,并完成了绘制算法的CUDA并行化改造,通过CUDA语言利用GPU强大的并行计算能力实现了对海量空间数据的实时三维光线投射绘制.     

一种非结构矢量场的线卷积积分方法

传统的结构化LIC方法不适用于非结构矢量场数据处理的主要原因有两个，一是矢量幅度的表现力不强，二是因分辨率等因素无法有效地应用于采样点位置随机的矢量场．为解决上述问题，可以采用如下方法：在DDA曲线的生成过程中，采用基于数值的计算方法替代结构化LIC中基于网格的计算方法，从而有效地保证了处理结果的分辨率；在DDA曲线的卷积积分（LIC）处理过程中，采用区域标记的策略替代快速LIC方法中的线标记策略，一方面，因为被标记的采样点不再作为以后各轮DAA曲线生成的起始点，从而可以有效地减少计算量；另一方面，区域标记方法能够使LIC处理的结果稀疏化，表现为矢量场中幅度大的区域矢量线密集，而幅度小的区域矢量线稀疏，从而有效地提高矢量场幅度、结构的表现力．     

GPU加速3D流场特征提取与多分辨率绘制

由于视线方向上的网格单元前后相互影响,导致3D流场可视化面临遮挡和混乱问题,为此提出一种基于流场特征的多分辨率绘制方法.首先利用基于GPU的BP网络流场特征提取方法对流场典型特征或用户关注的新特征进行选取、训练和识别;在此基础上,利用Voronoi图技术对特征数据构造特征树;最后基于鱼眼视图多分辨率技术进行绘制.对绘制和性能进行测试的实验结果表明,该方法能有效地提取流场特征,降低遮挡和混乱对可视化效果影响.