实时的2D不稳定流场可视化算法

为了提高不稳定流场可视化结果的绘制质量和绘制速度,提出一种基于平流技术与纹理混合的不稳定流场可视化改进算法。算法分别通过图像平流来获得流场动画的时间一致性,通过质点平流来获得流场动画单帧图像的空间一致性,最后通过纹理混合使流场动画的时间、空间一致性统一起来。通过这种方式获得的流场动画纹理细节清晰、帧间过渡平滑,绘制速度较快,具有较高的时间、空间一致性,可以准确地反映不稳定流场的动态变化。     

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。     

增强纹理平流算法研究

当以纹理方式可视化三维矢量场时,纹理卷积会降低矢量纹理脉的对比度,容易出现平流纹理细节模糊与粗糙的问题,为此提出一种增强纹理平流算法.首先通过自定义球体半径确定任一噪声点的邻近点,利用当前噪声点与邻近点间的位置关系计算噪声伪梯度,以测试矢量场局部区域内的变化趋势,选取伪梯度的最大下降幅度参与纹理平流;然后根据任一平流位置处的噪声值对最终输出纹理的贡献度自适应调整噪声权重;最后引入盒型滤波递归合成平滑算子进行纹理卷积来生成矢量体纹理.算法的有效性根据可视化对比度的量化分析函数进行客观评价.实验结果表明,该算法能够有效地增加纹理平流踪迹间强度对比,改善绘制效果,高质量地显示三维矢量场的纹理分布.     

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.     

基于纹理的高质量的曲面流场可视化

提出一种流线增强的纹理算法,可实时生成高质量的纹理表征曲面矢量场.通过对卷积纹理在垂直矢量方向上进行一维高通滤波,增加流线间的强度对比,提高了图像质量,使得曲面矢量场易于观察.该算法基于图像空间,并且具有很好的时间空间相关性,利用当前图形卡的可编程性和并行运算能力,可以在微机上达到实时绘制的性能.     

结合蚁群优化搜索的图像综合特征类比在风格生成中的应用

为了解决图像风格虚拟生成过程中的参数控制困难以及运算时间较长的问题,提出了一种鲁棒的方法。该方法首先采用基于图像分割的综合特征区域纹理特征生成算法,通过与样本图像相似区域匹配获得新风格的图像;并将蚁群优化算法运用到纹理的匹配过程中以加速整个流程。实验结果表明,该算法在缩短算法时间的同时可以通过参数控制所得图像风格;以蚁群优化为代表的随机性算法能较大程度提高图像风格虚拟生成系统的综合性能。     

基于梯度基元聚合矢量的图像检索算法*

针对图像检索中多特征融合问题,提出了一种基于梯度基元聚合矢量的图像检索算法。该算法在改进的HSV颜色空间计算边缘梯度,通过定义的基元模板扫描梯度图像,生成梯度基元图像,将基元和非基元像素分别组合成聚合和非聚合像素集合;最后利用颜色自相关图算法对上述两个集合提取特征矢量,实现了融合颜色、形状、纹理和空间信息等多特征的图像检索。实验结果表明,该算法能够融合颜色、形状、纹理和空间信息,有效地提高了基于内容的图像检索的查准率和查全率。     

基于位移矢量的纹理恢复

从纹理图像与普通图像的区别入手，根据纹理图像本身的自相似性和L形邻域搜索方法，采用运动估计中的位移矢量原理，分析并设计一个新的并且高效的纹理恢复算法。突破了传统的用邻域搜索法对破损纹理图像进行恢复的思想。与邻域搜索法相比，该算法的速度可以提高几百倍，恢复的结果比较令人满意。     

基于GPU加速的3D矢量场改进VolumeLIC绘制技术

纹理绘制技术通过纹理线条和颜色变化能够细致且生动地表现2D矢量场的速度、方向以及数据相关性等特征信息,但扩展到3D矢量场空间时,由于3D矢量场本身的空间特性容易造成纹理单元之间产生严重的视线遮挡问题,影响研究人员对矢量场内部固有属性特征的观察和分析.针对此问题,提出一种基于GPU加速实现的稀疏噪声纹理生成的改进3D矢量场Volume LIC绘制技术.在噪声生成部分,基于泊松盘分布以避免噪声点间的相互遮挡,采用Hilbert空间填充线遍历减少生成噪声点的规律性和人工痕迹,并通过高斯滤波核滤除高频区域生成稀疏高斯噪声.整个算法采用GPU+GLSL硬件加速机制,在噪声纹理采样时,利用GPU顶点颜色线性插值功能和片元计算方法有效地加速LIC纹理生成过程,并将卷积噪声和矢量场数据作为纹理传入GPU;采用光线投射算法实现LIC纹理的3D绘制显示,并通过光线提前终止技术和空白空间跳跃技术有效提升绘制效率;同时提供多种有效的交互分析手段查看流场内部特征.实验结果表明,该方法生成的3D纹理图像清晰、绘制效率高,能够有效地缓解3D复杂矢量场卷积数据过多引起的遮挡与混乱现象,具备良好的可视化效果.     

铅笔画的自适应LIC绘制方法

提出一种非真实感铅笔画的绘制方法,通过对图像的亮度分量计算切矢量场,获得图像的结构矢量场。根据矢量场和图像分割后的局部特征产生可变的积分步数和纹理走势。利用线积分卷积方法,自适应地处理图像。将绘制结果和通过霓虹处理得到的轮廓效果相结合。实验结果表明,该方法能够根据图像的细节丰富情况模拟铅笔画的艺术风格,并且生成速度较快。     

基于矢量线强化的增强型2维流场实时绘制

在流场绘制中,合理地结合矢量场的多种属性有助于矢量场的特征分析,据此提出了一种基于矢量线强化的增强型2维流场实时绘制算法。通过对流场的一些标量属性如大小、角度和曲率进行色彩映射,该算法不仅可以清晰显示流场运动方向,而且能显示矢量场的多种属性,有助于了解流场矢量特征分布和主要拓扑结构。该算法采用了一种矢量线强化策略,即通过对卷积纹理在垂直矢量方向上进行1维高通滤波,增加了矢量线间的对比,改善了图像质量。利用现代图形卡的可编程能力,该算法可以在微机上达到实时绘制性能。     

Texturing fluids

We present a novel technique for synthesizing textures over dynamically changing fluid surfaces. We use both image textures as well as bump maps as example inputs. Image textures can enhance the rendering of the fluid by either imparting realistic appearance to it or by stylizing it, whereas bump maps enable the generation of complex micro-structures on the surface of the fluid that may be very difficult to synthesize using simulation. To generate temporally coherent textures over a fluid sequence, we transport texture information, i.e. color and local orientation, between free surfaces of the fluid from one time step to the next. This is accomplished by extending the texture information from the first fluid surface to the 3D fluid domain, advecting this information within the fluid domain along the fluid velocity field for one time step, and interpolating it back onto the second surface -- this operation, in part, uses a novel vector advection technique for transporting orientation vectors. We then refine the transported texture by performing texture synthesis over the second surface using our "surface texture optimization" algorithm, which keeps the synthesized texture visually similar to the input texture and temporally coherent with the transported one. We demonstrate our novel algorithm for texture synthesis on dynamically evolving fluid surfaces in several challenging scenarios.     

Parallel line integral convolution

Line integral convolution (LIC) is a powerful method for computing directional textures from vector data. LIC textures can be animated, yielding the effect of flowing motion. Both, static images and animation sequences are of great significance in scientific visualization. Although an efficient algorithm for computing static LIC textures is known, the generation of animation sequences still requires a considerable amount of computing time. In this paper we propose an algorithm for computing animation sequences on a massively parallel distributed memory computer. With this technique it becomes possible to utilise animated LIC for interactive vector field visualization. To take advantage of the strong temporal coherence between different frames, parallelization is performed in image space rather than in time. Image space coherence is exploited using a flexible update and communication scheme. In addition algorithmic improvements on LIC are proposed that can be applied to parallel and sequential algorithms as well.     

High-quality and interactive animations of 3D time-varying vector fields

In this paper, we present an interactive texture-based method for visualizing three-dimensional unsteady vector fields. The visualization method uses a sparse and global representation of the flow, such that it does not suffer from the same perceptual issues as is the case for visualizing dense representations. The animation is made by injecting a collection of particles evenly distributed throughout the physical domain. These particles are then tracked along their path lines. At each time step, these particles are used as seed points to generate field lines using any vector field such as the velocity field or vorticity field. In this way, the animation shows the advection of particles while each frame in the animation shows the instantaneous vector field. In order to maintain a coherent particle density and to avoid clustering as time passes, we have developed a novel particle advection strategy which produces approximately evenly-spaced field lines at each time step. To improve rendering performance, we decouple the rendering stage from the preceding stages of the visualization method. This allows interactive exploration of multiple fields simultaneously, which sets the stage for a more complete analysis of the flow field. The final display is rendered using texture-based direct volume rendering     

基于粒子纹理融合的流场可视化方法

基于纹理的可视化方法可以描述流场的整体结构，但传统方法计算耗时，生成可视化图像对比度比较低。从加速可视化整体流程出发，提出了一种基于粒子纹理融合的流场可视化方法。此方法首先随机产生一组噪声图像作为初始粒子分布图，然后依次将初始粒子分布图与根据流动而变形的数据网格加权融合得到粒子轨迹图，最后一帧帧彼此相邻的粒子轨迹图组成一个流场的动态显示。该方法具有独立于流场数据、绘制速度快、生成图像对比度高的特点，参数物理意义明显，不同参数选择可得到不同视觉效果的可视化输出结果，能够充分利用现有硬件图形显示加速设备,已经被成功应用于空间晶体生长实验流场数据的可视化，获得了较好的效果。     

基于图形硬件的纹理图像编码与实时绘制算法

真实感绘制对于细节的要求越来越高,应用程序通常采用多幅或大幅分辨率很高的纹理图像,有限的内存空间就成了一个制约的瓶颈.针对纹理图像的特点和可编程图形硬件的特殊要求,该文提出了一种新的面向绘制的编码算法--增量式纹理编码算法及相应的解压绘制算法,有效地解决了纹理存储容量和真实感之间的矛盾,并利用可编程图形硬件实现了实时解压绘制.该算法在图像压缩编码过程中,动态添加码表内容,只有当已有码表内容不能表示当前图像区域时,才增加码表内容.这种方法不仅能够对于自相似性较强的纹理图像取得很高的压缩比,而且由于码表的动态更新特性,可以对图像序列进行流式编码.在绘制纹理时,该算法充分利用了现有可编程图像硬件的特性,实现了实时解压绘制.文中分别对于静态图像和动态图像序列进行了实验,结果显示,此方法能灵活有效地对各类纹理图像进行编码.     

Layered textures for image-based rendering

An extension to texture mapping is given in this paper for improving the efficiency of image-based rendering. For a depth image with an orthogonal displacement at each pixel, it is decomposed by the displacement into a series of layered textures (LTs) with each one having the same displacement for all its texels. Meanwhile, some texels of the layered textures are interpolated for obtaining a continuous 3D approximation of the model represented in the depth image. Thus, the plane-to-plane texture mapping can be used to map these layered textures to produce novel views and the advantages can be obtained as follows: accelerating the rendering speed, supporting the 3D surface details and view motion parallax, and avoiding the expensive task of hole-filling in the rendering stage. Experimental results show the new method can produce high-quality images and run faster than many famous image-based rendering techniques.     

一种新的三维地景库的建模方法

针对传统的模拟器计算机成像系统之不足,提出了1种新的视景系统的建模方法,即基于矢量数字地图的三维地景生成算法。该算法以矢量地图为约束,各种地表纹理作为输入样图,用矢量地图中的高程信息构建三维地形网格,并根据矢量数字地图中图元之间的不同属性映射相应的纹理,得到了与矢量数字地图相一致的三维地景。与传统的地景库生成算法相比,新算法生成的三维地景更加真实精确;解决了以往地景库一经生成就无法更改的问题;具有一定的预测和重现场景的功能;缩短了地景库的开发周期,降低了开发成本。同时,运用了基于视点的地景数据动态调度策略,可实现真实场景的实时绘制。