基于GPU的曲面自适应细分

为了充分利用图形处理器(GPU)的强大计算力和并行处理能力,并有效克服CPU/GPU间数据传输的瓶颈,提出了一种新的基于GPU的曲面自适应细分算法.通过采用细分模板(SP),在GPU的顶点处理器上将从CPU上传送来的控制网格进行求值细分.给出了自适应细分层次的判定,以及通过带裙边的SP来解决可能出现的裂缝问题.将该方法用于Catmull-Clark细分曲面和Loop细分曲面的求值显示,并推广应用到其他类型细分,和GPU上的其他着色器组合使用,对硬件要求很低,只需要能够支持顶点着色器的显卡.与CPU求值渲染、基于片段处理器求值渲染方法运行效率的对比分析,证明了该方法的高效性.     

八叉树编码与GPU加速结合的光线投射法

为了同时保证绘制速度和图像质量,提出了一种基于GPU加速的光线投射算法.该算法利用图形硬件自带的三线性插值功能来完成光线投射算法中耗时的采样、插值过程,在采样过程中进行空间跳跃,以实现绘制加速.实验结果表明：该算法保证了高质量的图像绘制效果,在增加存储容量较小的同时将绘制速度提高了95倍,实现了海量体数据基于GPU的实时绘制.     

基于四边形网格的新细分算法的研究

采用重复平均的方法对细分曲面进行平滑细分,提出一种基于四边形网格的新细分算法．该算法每细分一次四边形网格,其数目增加为原来的两倍,所以此细分算法具有网格几何操作简单,所得网格数据量增长相对缓慢的优点,应用广泛,更适合3D信号网络传输等应用领域,并且生成曲面在规则点具有C^2连续性,在非规则点具有C^1连续性．     

改进的自适应特征细分方法及其对Catmull-Clark曲面的实时绘制

传统的自适应特征细分(FAS)算法对曲面上的全部特征点进行统一深度的细分,影响算法的执行效率,针对这一问题,提出了一种自适应特征细分方法。首先,设计了一种模块,即特征块处理单元(FPU),用于计算不规则区域的细分因子,根据Catmull-Clark细分模式来处理特征区域的不规则块,同时减少了GPU渲染块的数目;然后,对FAS的数据结构进行扩充,将关键点数据存放在细分表和渲染表中,GPU对表中数据进行全局细分与绘制,提高了细分和绘制的速度。实验结果表明,改进后的细分表和渲染表结构能够保证细分的动态特性和渲染的实时性。与传统FAS方法相比,本文算法能够保证三维曲面的绘制精度的同时,提高了28%的绘制速度,在实时性方面优于传统FAS方法。     

面向移动设备的矢量图形绘制技术

在绘制资源受限的移动设备上研究了OpenVG标准中路径的绘制算法.该算法包括几何处理阶段的填充/描边算法、基于活性边的光栅化以及基于位图的缓冲区显示,实现了矢量图形的跨平台绘制.提出了基于曲率的曲线非均匀细分法,通过基于拐点的曲线预处理、求取曲率较大的区间和各区间均匀细分3个步骤,减少了曲线细分和光栅化的计算量,而且生成曲线的光滑程度更高.老虎头和贺卡实例验证了绘制算法在移动设备上的可行性,非均匀细分法的绘制时间更短     

基于优化顶点弹簧模型的半沉浸环境标定算法

为了实现投影设备在半沉浸式投影环境的自适应投影显示,提出基于优化顶点弹簧模型的自适应快速标定算法.该算法基于优化的顶点弹簧模型对二次曲面投影可视化环境进行三维网格获取,使用基于OpenGL的Tessellation曲面细分算法对网格进行网格细分计算,对预投影图像进行基于图形处理器(GPU)加速的校正计算和高质量纹理渲染,实现半沉浸式球幕投影可视化环境的快速自适应标定计算.算法验证和实验结果表明,与现有的非均匀二次曲面校正方法相比,提出的算法全面考虑了非均匀球面的局部形状信息,使用优化的顶点弹簧模型算法自适应生成高精度网格,应用GPU加速方法实现了算法加速,在图像渲染精度和速度两方面得到了显著提升.     

基于图形处理器的高速中值滤波算法

针对中央处理器(CPU)平台中值滤波算法在实际应用中运算速率低且实时信号处理性能较差的问题,提出了一种基于图形处理器(GPU)的并行高速中值滤波算法。该算法采用统一计算设备架构(CUDA)并行架构对大规模数据处理进行了优化,从而有效提高了中值滤波算法的计算效率,实现了中值滤波的实时数据处理。通过构建GPU可任意伸缩的动态数组、优化多维索引的线性化方法解决了GPU动态显存空间分配问题。仿真试验结果表明:基于TITAN X GPU的5×5中值滤波,对4096像素×4096像素的图像处理计算速度比CPU平台提高了438倍。在同等计算规模条件下GPU高速中值滤波算法可大大提高计算性能。     

一种基于网格简化的细分曲面生成算法

该文基于细分曲面的极限点计算方法,提出了一种采用二次误差边折叠技术生成细分曲面控制网格的改进算法,用细分极限点代替两次细分点,并增加一个存储细分极限点的顶点信息结构.实验结果表明,该算法在没有增加计算量的基础上,可以有效地提高细分曲面的质量,并适合处理复杂的几何模型.     

基于直方图匹配的艺术Mosaic图像并行拼贴

为获得高质量的艺术Mosaic图像拼贴视觉效果,提出基于直方图匹配的并行拼贴算法。根据直方图距离挑选原图像分割块中最佳匹配子图像,采用直方图匹配法对艺术Mosaic图像进行颜色校正。拼贴算法中,原图像分割、直方图比较、颜色校正及子图像填充过程均使用基于CUDA(统一计算设备架构)的GPU(图形处理器)并行计算,通过实验分析和用户调查验证本文算法的有效性。结果表明:与传统基于颜色均值的颜色校正法相比,本文算法拼贴结果更接近原图,整体视觉效果更协调;基于CUDA的GPU并行计算提高了算法效率,从而实现交互式艺术Mosaic图像递归式拼贴。     

基于GPU加速的光线跟踪体绘制算法研究

光线跟踪算法是真实感图形学中体绘制的主要算法之一,本文分析了基于GPU的光线跟踪技术的实现原理,设计了基于流的GPU光线跟踪体绘制方法。根据设计的三个实验场景所包含的三角形面片数,在2种不同分辨率下,分别实现GPU和CPU的光线跟踪绘制。通过实验结果比较、分析,发现随着场景复杂度的增加,基于GPU加速的光线跟踪算法将明显优于CPU上的算法。     

基于GPU的高速FHT计算及性能分析

针对传统FHT算法在处理海量数据时不能很好的满足实时性需求,该文提出了一种基于CUDA高效的并行FHT算法。通过分析FHT算法的分治特性及CUDA的编程模型,采用了将数据映射到多线程并行运算的方法,实现了对FHT算法的加速和优化。实验结果表明,新的并行算法可以有效地提升FHT处理速度,且随着数据规模的增长,加速效果越明显。     

基于八叉树的六面体网格自动生成算法

有限元网格生成是工程科学与计算科学的交叉研究领域,有限元分析的发展方向之一是三维六面体网格的生成.对于这个问题,许多研究人员已经提出很多方法.然而,可靠的自动六面体网格生成软件目前尚未开发.在介绍栅格法的基础上提出自动六面体网格剖分算法.基于八叉树算法和由内向外栅格法的这种剖分算法分为4步,分别是实体模型的建立和加密点的生成,利用八叉树算法生成原始六面体网格,利用奇偶法删除不需要的单元从而生成核心六面体网格,六面体网格拟合到实体模型表面.实验表明,该算法可以应用到各种工程问题的网格生成.     

MATLAB与OpenACC结合实现中值滤波算法并行优化

针对当前基于CUDA的中值滤波并行加速算法存在的编程复杂,图像数据提取和显示环节实现繁琐等问题提出了利用MATLAB和OpenACC结合的并行算法。该算法采用MATLAB实现图像的提取并转换成数组文件,之后利用OpenACC实现串行代码到并行代码的转换并处理MATLAB转换的数组文件,最后通过MATLAB将滤波后的数据显示成图像。通过仿真实验进行中值滤波算法的加速实验,结果表明:提出的算法在大量减少代码转换工作量的情况下加速效果较串行程序提升明显,且与CUDA加速效果相当。     

细分方法中对显著扭曲面片的校正处理

细分方法是一种从离散控制顶点集合生成曲线曲面的有效方法.经典细分方法如Doo-Sabin细分方法,Catmull细分方法,Loop细分方法等都具有便捷高效的优点而被广泛使用.这些方法对比较规则的初始网格能给出很好的细分结果,但在处理一些含有显著扭曲面片的不规则网格时得到的往往不是期望的结果.本文针对网格含有显著扭曲面片的情况,提出了一种保形性较好的面片扭曲校正方法,使得经典Doo-Sabin细分方法在处理网格中的显著扭曲面片时能够得到很好的结果.     

基于子域重构的扫掠体六面体网格划分方法

针对扫掠体连接其他实体造成扫掠面结构网格划分困难,导致扫掠法无法在扫掠体内生成六面体网格的问题,提出针对扫掠体的六面体网格划分方法.该方法对扫掠面进行拓扑分解,依据结构网格节点的排列要求和分解域的连接关系综合计算棱边单元划分数.结合超限映射法在分解域内填充结构网格,依据扫掠法的基本步骤生成六面体网格;对不能采用结构网格填充的扫掠面子域进行重构以隔离非结构网格,对扫掠面子域边界外、内的网格区域先后进行扫掠生成最终六面体网格.实例表明,该方法稳定、可靠,可以处理复杂的2.5维实体六面体网格生成问题.     

分形递归树的森林景观实时模拟方法

为真实地模拟自然界的森林景观,在利用分形递归算法构建参数化三维树木模型的基础上,结合OpenGL函数,将纹理映射、Alpha测试和地面阴影应用到树木的真实感绘制中．并在算法中引入随机数,实现大小不同、形态各异的树木生成．绘制时,根据视点距离的远近,调整场景的精细程度,以符合视觉效果,且加快了图形生成速度．以此方法构造森林,可改变观察者的视点位置,实现对森林景观的实时模拟．     

基于层次块的大地形实时细节合成及渲染算法

为解决渲染真实大地形场景面临的数据获取困难问题,减轻海量地形数据存储与调度的压力,提出了基于层次块实时生成可控的地形细节,完成地形渲染的新方法。采用了层次块结构组织采样数据。给出了基于层次块生成可控细节的方法,使用块网格细分增加采样点,提出了基于Perlin噪声的可控多重分形算法计算细节,保证了生成的细节受真实采样点属性控制。采用统一的细节选择标准完成了细节合成与LOD方法集成,其结果与原始地形块共同构成了动静结合的双层自适应层次结构,实现了视相关的大地形渲染。面向GPU实现了实时合成算法。实验分析表明了该方法能够利用有限的真实地形数据实时产生与实际地形特征相近的细节,完成大地形渲染。     

三维可视化技术研究

三维可视化技术在医学及工业领域应用广泛。文章首先介绍了三维可视化技术的概念,分析了三维可视化技术的原理和关键算法,即面绘制、体绘制、点绘制算法;然后对三维可视化开发包VTK进行了介绍,并以Ray Casting算法为例给出了基于VTK的三维体绘制算法的实现过程;最后对三维可视化技术的发展趋势进行了展望。     

百分比滤波技术的改进和实现

百分比滤波算法是阴影绘制的重要算法.算法对生成的阴影图进行滤波处理,可以有效的去除硬阴影边缘的锯齿走样.改进的算法在滤波阶段,通过采用分层的阴影图技术加快了滤波,运用梯度阴影映射来处理遮挡物表面自阴影现象.改进的百分比滤波算法可以更快更好的生成场景中的硬阴影效果.     

超声检测中曲面重构和路径规划方法研究

针对自由形状曲面工件超声检测中存在探头难于对准曲面法线方向和检测效率低的问题，提出了
一种非等参数超声检测路径生成算法.对于CAD模型未知的曲面工件，首先采用超声波测距原理对工件进
行仿形测量，然后应用B样条方法重构工件的曲面模型，最后根据重构的CAD模型用非等参数算法生成检
测路径.该算法采用近似等弧长方法对参数曲面重新进行参数化，使曲面上各扫描点之间的弧长间距近似
相等.应用结果表明,与等参数超声检测轨迹生成法相比，使用非等参数方法生成的扫描点间距分布更合
理，在满足检测要求的情况下扫描点数明显减少.该算法能保证超声波入射方向和各扫描点曲面的法线方
向一致，提高曲面工件的检测精度和检测效率.