基于体绘制的三维云可视化研究

为了模拟逼真的三维云场景,该文针对现有模拟三维云的光照模型实现复杂、计算耗时、不能充分展示三维云物理特性的问题,提出了一种基于体绘制技术的改进光照模型的方法.基本思想是采用体绘制技术,把三维云分成粒子集,引入光线投影算法,通过对现有的多次前向散射光照模型散射次数进行简化和散射分布进行改进,然后运用VC++和OpenGL开发工具,直接从三维数据场中模拟光线在云内部与云中粒子相互作用的细节,实现了三维云的模拟.结果表明该方法实现简便,生成的三维云较好地展示了云的物理特性,达到了理想的可视化效果     

应用薄膜干涉模型进行蝴蝶彩色效果物理绘制

针对当前蝴蝶彩色效果绘制方法的真实感问题,提出一种应用薄膜干涉模型的真实感绘制方法.首先根据蝴蝶表面脊突结构构造多层薄膜模型;然后利用多层薄膜干涉原理模拟光在薄膜内部的多次反射、透射形成的混合散射特性,其中,菲涅尔公式被引入以解释反射或透射波的幅值变化,微表面散射因子被创造性地引入来模拟蝴蝶粗糙表面的各向异性特性;最后通过全波长光谱建模增强干涉效果,在此基础上还将该算法与光线追踪渲染框架相结合,构建了可应用于光线追踪器的波动双向散射分布函数干涉模型,以精确地模拟光的幅值和相位变动.实验结果表明,该模型能够有效地绘制出较为逼真的蝴蝶彩色效果.     

多重散射的天空光照效果建模与实时绘制

依据大气散射的物理原理,提出了一种考虑多重散射的天空光照效果建 模与实时绘制方法。该方法首先以太阳和天空光作为光源建立了多重散射的天空光照效果模 型,然后综合多种大气粒子密度, 采用合理的分段采样策略,对天空颜色模型的积分进行简 化,以减少积分近似计算所带来的误差;通过对简化后的模型进行分析提出了采用二维纹理 与三维纹理对光学深度预计算的方法,避免了运行时计算光学深度积分的问题;最后该算法 在GPU 的片段处理器上执行,实现了天空光照效果模型的实时绘制,可以满足各种实时应 用需求。     

MSV-Net：面向科学模拟面体混合数据的超分重建方法

高保真度的可视分析通常依赖大规模科学模拟产生的耦合几何模型的高分辨率网格数据,这对数据存储和流畅交互均提出了巨大挑战。提出了MSV-Net,一个面向大规模科学模拟面体混合数据的超分辨率重建方法。该网络为端到端的深度神经网络,通过多层非线性变换实现从低分辨数据到高分辨数据的混合绘制映射的联合学习;该网络舍弃了全连接层,不仅可以减少网络参数,而且能够提升网络的灵活性与可复用性。此外,构建了面向大规模电磁模拟应用的面体混合数据集MSV-Dataset,用于模型训练和验证。该数据集由采用不透明几何模型绘制耦合半透明体绘制的混合绘制的图像构成。与多种传统方法和深度学习方法进行了对比,定量分析结果显示,MOS绝对评价指标达到了4.1,重建准确率仅次于真实图像;基于混合数据绘制1 500×1 500分辨率的图像,采用直接绘制需要66.28 s,而采用MSV-Net则仅需要4.14 s,交互性能提升了约15倍。     

体绘制中显示隐含分界面的一种方法及其实现

在普通的体光照模型下,使用直接体绘制显示对象内部的隐含分界面(内部不同介质之间的分界面),需要改变传递函数,确定体素的颜色值和不透明度.虽然能够看到对象内部的结构,但是在这种模型下,要透过物体的表面清晰地看到其内部的隐含分界面是不可能的.这一方面是由于普通体光照模型中的粒子不具有选择透光性,即不能透过波长在一定范围内的可见光而吸收另一部分波长不同的可见光,只能同等地吸收各种波长的光;另一方面是因为普通体光照模型缺乏表面信息部分.该算法使用一种具有选择透光性的体光照模型,在这种模型中加入表面散射部分,这一部分与视线、光源位置无关,同时采用非真实感绘制技术来加大隐含分界面的显示效果.在这种光照模型下,可以清晰地显示出隐含分界面具体的细节部分.     

雨雾天气下光线散射效果的实时绘制

提出一种适用于雨雾天气的天空光照的多粒子散射模型,实现了雨雾场景中大气散射效果及雨后彩虹的真实感绘制.同时,通过对传统点光源单散射模型公式的解析简化,实现了各向异性光源散射效果的实时绘制.最终实时绘制出多种不同条件下真实感较强的雨雾场景.     

面向移动终端的三维模型简化与碰撞检测方法研究

移动终端三维场景的绘制与漫游由于其庞大的模型数据量和复杂的外观形态使得实现清晰的场景快速绘制十分困难。为了加快模型的绘制,提出了一种面向移动终端的三维模型的简化与碰撞检测方法,以优化绘制过程。该方法通过二次测量误差半边折叠算法来简化三维模型,并利用八叉树技术对不能显示在屏幕中的场景进行剔除,从而实现三维场景的快速读取、组织和绘制。针对移动设备的屏幕尺寸以及计算能力等限制,实现了适用于移动平台的碰撞检测算法,减少了计算量。实验结果表明,该方法能有效地简化模型,并提高绘制效率,同时减少碰撞检测的计算时间,因而可应用于三维场景的快速逼真绘制。     

半透明物体漫散射效果的实时绘制与材质编辑

半透明物体透明效果的真实感绘制是近年来研究的热点,提出一种针对半透明物体漫散射效果的实时真实感绘制与材质动态编辑方法--基于双向表面散射反射率函数(BSSRDF)的Dipole近似.通过主元分析将Dipole近似中的漫散射材质甬数分解为与形状相关甬数和与半透明材质相关函数的乘积形式;利用该分解表示,在预辐射传输的实时真实感绘制框架下,通过对散射传输的预计算来实现在多种光源环境下对半透明物体材质的实时编辑.此外,还提出一种对预计算辐射传输数据在空域上进行二次小波压缩的方法,利用表面点在空间分布位置的相关性,在保证绘制质量的前提下,大大压缩了数据,提升了绘制效率.实验结果表明,文中方法可以生成具有高度真实感的半透明效果并保证实时的绘制速度.     

真实感雾的实时绘制

提出了一种真实感雾的实时绘制新方法,该方法对以刻画光能穿过雾这类参与介质发生的吸收、自发射、散射和内散射等光学现象的光能传输方程进行一定的近似,利用余弦函数并通过改变其中的相位参数作为衰减系数实现了非均匀、多层次的静态与动态真实感雾的实时绘制。     

基于OpenGL的三维可视化以及交互裁剪应用

通过对于医学图像可视化方法的研究,实现基于GLSL的带有交互裁剪等多种功能的三维纹理体绘制应用。该应用能使医生更加方便地观察医学图像数据内部结构,同时将多平面显示结果与体绘制结果合并显示以方便医生在观测到具体位置时获得更好的细节信息。实验结果表明：所实现应用可以对常见医学图像序列进行三维可视化并可以交互显示内部细节,交互性能好,切割速度快,效果逼真。     

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。     

Solid texture synthesis for heterogeneous translucent materials

We present a method to synthesize solid textures from heterogeneous translucent materials that have a complex pattern and subsurface scattering effect. A solid texture provides consistent texture throughout the volume, so that it can be used to model the texture on an arbitrary geometry. However, solid texture synthesis requires a huge amount of time to generate the volume. Moreover, a synthesized solid texture acquires only the color information from an input exemplar. Therefore, it has been difficult to render the appearance of a translucent object realistically without additional appearance data. In this paper, we introduce a new search method to accelerate synthesizing of solid textures. This method decomposes the candidates in an exemplar into several subgroups and searches for the best similar neighborhood in each decomposed subgroup. We also apply subsurface scattering effects to the shell layer of a synthesized object for realistic rendering of a translucent solid texture. Experimental results show that our rendering method can produce realistic rendering results for various heterogeneous translucent objects. It can also represent cross-sections of an object realistically without reconstructing the texture and surface geometry.     

半透明三维物体表面光泽真实感实时渲染方法

针对具有半透明特性玉石的真实感渲染问题,提出一种利用高光层、漫反射层、透射层三层光照模型叠加的解决方法。首先对散射层结合漫反射剖面来模拟半透明玉石的次表面散射效果,提出一种可改变漫反射剖面的散射方法,表达不同种类玉石漫反射剖面的特点;然后对透射层利用预计算的本地厚度贴图结合高斯线性和,实现基于表面厚度光的透射效果,再在能量守恒的基础上与基于微平面的高光反射项进行叠加,得到一个基于三层光照模型的真实感半透明材质表现。实验结果表明,所提出的方法能实现不同种类半透明玉石真实感渲染,且在片面数达160万时可保证30帧/秒的实时效率。     

An efficient caching-based rendering of translucent materials

This paper presents an efficient caching-based rendering technique for translucent materials. The proposed caching scheme, inspired by the irradiance caching method, is integrated into a hierarchical rendering technique for translucent materials. We propose a split-disk model to determine the cache distribution and derive the subsurface illuminance gradient used for interpolation by reformulating the equation of dipole diffusion approximation as a 3D convolution process. Our experiments show that only a few caches are required to interpolate the entire image, while the visual difference is negligible. The speedup could be achieved up to one order of magnitude.     

Subsurface texture mapping.

This article presents a rendering technique for multilayered materials. Unlike existing methods, our technique does not assume that the thickness of these layers is constant. We use relief texture mapping to model a material's interior. Instead of representing the surface details, we use this method to represent the object's inner structure. We describe the material's layers using a simple 2D texture, in which each channel encodes a thickness. Our method supports nonplanar surfaces and falls between subsurface rendering methods based on surfaces and 3D texture-based algorithms. Furthermore, our solution provides a compact way to design translucent objects using a small amount of data.     

体绘制技术在医学可视化中的新发展

科学计算可视化体绘制算法能反映出体数据的内部信息，在医学，它已经从辅诊断发展成为辅助治疗的重要手段，体可视化技术是医学可视化的重要研究内容，其处理过程包括体数据的获取，模型的建立，数据的映射，绘制等操作，该文介绍了医学可视化中常使用的几种光照模型，针对基于图象空间和对象空间两种体绘制算法，介绍了它们的基本思想方法，并详细阐述了在近期的主要加速技术和提高图象质量方法的新进展，最后给出了实验数据和结论。     

地质结构三维建模及其可视化方法研究

在对前人的研究成果进行了比较分析的基础上提出了一种地质结构三维建模与可视化方法.该方法从多源数据融合角度出发,融合基础地理数据、钻孔数据、物探解译剖面数据,利用空间插值技术构建三维空间数据场,采用三维硬件纹理直接体绘制技术进行体视化,以真三维形式表达了研究区域地层结构的空间分布特征与内部属性信息.与前人研究相比,该方法反映地质结构更加准确,数据场建立速度更快.     

Volume illustration: nonphotorealistic rendering of volume models

Accurately and automatically conveying the structure of a volume model is a problem which has not been fully solved by existing volume rendering approaches. Physics-based volume rendering approaches create images which may match the appearance of translucent materials in nature but may not embody important structural details. Transfer function approaches allow flexible design of the volume appearance but generally require substantial hand-tuning for each new data set in order to be effective. We introduce the volume illustration approach, combining the familiarity of a physics-based illumination model with the ability to enhance important features using non-photorealistic rendering techniques. Since the features to be enhanced are defined on the basis of local volume characteristics rather than volume sample values, the application of volume illustration techniques requires less manual tuning than the design of a good transfer function. Volume illustration provides a flexible unified framework for enhancing the structural perception of volume models through the amplification of features and the addition of illumination effects     

地质结构三维建模及其可视化方法研究*

在对前人的研究成果进行了比较分析的基础上提出了一种地质结构三维建模与可视化方法。该方法从多源数据融合角度出发,融合基础地理数据、钻孔数据、物探解译剖面数据,利用空间插值技术构建三维空间数据场,采用三维硬件纹理直接体绘制技术进行体视化,以真三维形式表达了研究区域地层结构的空间分布特征与内部属性信息。与前人研究相比,该方法反映地质结构更加准确,数据场建立速度更快。     

基于GPGPU的实时结肠虚拟展平技术

为了在结肠检查过程中实时绘制结肠内壁表面的展平图像,并动态地调整分割阈值,提出一种基于GPGPU的实时结肠虚拟展平技术.首先在结肠中心路径上每一点的切线方向建立圆柱形的光照模型,然后根据当前CT分割阈值,并通过GPGPU加速光线投射算法提取亚像素级的结肠内壁表面,最终得到局部虚拟展平的结果.实验结果表明,文中技术渲染速度达到50帧/s的实时要求,在结肠检查过程中能够通过动态地调整分割阈值获取精细的结肠内壁,提高了虚拟展平算法的适应性和准确性.