基于重要性采样的动态场景全频阴影实时绘制算法

由于环境光源下的柔和阴影绘制需要针对每像素对来自全景方向的上千个光源进行昂贵的可见性计算,这给实时绘制带来了巨大的挑战.在消除预计算的前提下,提出了一种环境光源下动态场景全频阴影实时绘制算法.通过基于光照强度的环境图重要性采样、场景几何信息近似采样、阴影图预滤波、BRDF重要性采样等方法,实现了环境光源下动态场景的全频阴影及其环境映射绘制.实验表明,算法可满足环境光源、场景物体及其材质动态变化的要求,并可在保证实时绘制效率的前提下,取得近似于预计算算法的绘制质量.     

基于投影边缘的超二次曲面三维建模

针对在多物体场景中物体之间存在遮挡、重叠等情况下,用基于投影边缘的超二次曲面建模方法进行三维建模。详细阐述了投影边缘算法的思想、超二次曲面边缘的三维表示特性,以及基于投影边缘算法的基本原理和实现过程。通过模拟物体相互遮挡时采样数据部分缺失的情况,完成了对物体整体建模的实验。     

一种适合于MMOG的快速动态场景软阴影绘制算法

为满足MMOG实时交互的需要,该文在分析了影响动态场景软阴影算法效率的主要因素之后,提出一种适合于MMOG的快速软阴影算法。该算法利用包围盒可以用较少的点描述物体位置信息的特点,快速地计算出遮光物体与光源和接收面之间的距离关系,确定半影区的宽度和位置,避免了求平均深度值的耗时计算。经与使用平均深度值作为遮挡物距离的经典软阴影算法通过实验进行比较,本方法可以更好地满足MMOG对于实时性的要求,同时不产生明显的视觉失真。     

基于表面颜色属性的三维模型检索

对基于表面属性的三维模型检索进行研究,提出了基于面积颜色分布、基于球面颜色分布、基于颜色球面调和的三维模型检索方法以及基于表面属性的融合方法.通过对模型表面进行按面积均匀采样来获取其颜色分布信息后形成基于面积颜色分布的特征.通过对模型进行均匀球面采样获取颜色分布信息形成基于球面颜色分布的特征.通过首先将模型表面颜色信息按等经纬度球面采样映射为球面函数,然后对其进行球面调和变换形成颜色球面调和特征.融合特征通过对以上特征的两组或3组依一定权值组合而得到.为验证基于表面属性的三维模型检索方法的效果,建立了一个包含有1171个颜色模型的测试库.实验结果表明以上方法均对基于表面属性的三维模型检索具有较好的检索效果且融合特征可以得到优于任何单一特征的检索效果.     

基于GPU的球面深度图实时绘制

提出了一种GPU加速的实时基于图像的绘制算法.该算法利用极坐标系生成对物体全方位均匀采样的球面深度图像;然后根据推导的两个预变换公式将单幅球面深度图像预变换到物体包围球的一个与视点相关的切平面上,以生成中间图像;再利用纹理映射生成最终目标图像.利用现代图形硬件的可编程性和并行性,将预变换移植到Vertex Shader来加快绘制速度;利用硬件的光栅化功能来完成图像的插值,以得到连续无洞的结果图像.此外,还在Pixel Shader上进行逐像素的光照以及环境映射的计算,生成高质量的光照效果.最终,文章解决了算法的视点受限问题,并设计了一种动态LOD(Level of Details)算法,实现了一个实时漫游系统,保持了物体间正确的遮挡关系.     

空中预警机三维图像物体检测模型仿真

在当前的空中预警机三维视觉检测中,在进行高空深层视觉检测中,自然环境中会出现大量的检测物,对需要进行三维视觉建模检测的物体形成阴影遮挡干扰.提出了一种新的空中预警机三维图像物体检测方法.把检测过程中遮挡干扰当成一种噪声因素,根据因式分解的相关理论,建立空中预警机三维视觉模型.根据不同遮挡干扰特征点在空中预警机三维视觉建模过程中所占的比率不同,根据非线性滤波原理,设置空中预警机三维视觉对象图像的像素,构建非线性滤波窗口构成的序列,对该空中预警机三维视觉模型进行滤波处理,去除遮挡干扰.实验结果表明,该算法进行空中预警机三维视觉检测,精度达到要求,有一定的实际应用价值.     

三维游戏场景中动态物体的遮挡剔除算法

在游戏场景中使用遮挡剔除技术后会比不使用的场景提高30%到70%不等的FPS,所以应尽量将遮挡剔除技术加入到游戏引擎中,而且遮挡剔除技术并不是只能使用到portal引擎中,它可以被使用到任意技术构建的引擎中。而由于现存的遮挡剔除算法对动态物体达不到真正的剔除,本文提出了一种剔除场景中动态物体的算法——区间扫描线Z缓冲器算法,并阐述了该算法的基本原理及实现步骤。     

虚拟航空场景中阴影消除的仿真研究

研究虚拟航空场景真实感仿真问题.真实航空视野场景中,航空视野兴趣区存在较大的随机性和不定性的物体.物体会造成场景中出现随机性遮挡干扰.传统的虚拟建模技术很难对上述随机物体做出预判,进而造成虚拟建模像素意外遮挡,虚拟场景中形成较大阴影,影响了航空视野虚拟场景的真实效果.为了解决上述问题,提出一种HSV空间内,虚拟航空视野中的阴影去除算法,通过卡尔曼滤波对航空视觉图像进行实时跟踪,计算产生的阴影部分面积,利用合理的HVS空间内的像素阀值计算消除航空视觉虚拟现实中的阴影.后期的仿真结果证明,改进算法能够有效的消除运动状态下的视觉阴影,算法的精度较高.     

一种基于低维线性子空间的球谐光照算法

对虚拟图像场景绘制算法进行研究，提出了一种基于低维线性子空间的球面谐波光照表示算法。从物体模型得到子空间，并抽取其中的低维线性空间，利用球面谐波函数将朗伯反射作为一个卷积处理，来近似表示朗伯反射，同时添加了漫反射阴影交互转移。实验结果表明该算法逼近程度好，绘制质量高，具有一定的实用价值。     

基于球面参数化的点模型渐变

为了获得光滑自然的点模型渐变效果,基于球面参数化,提出了一种鲁棒的渐变算法。该算法首先对源和目标模型进行球面参数化,使得参数化后的模型嵌入到单位球面上;然后在球面上自适应地对齐模型间的相应特征点,并将球面映射到矩形参数域上,基于该域建立模型间各采样点的对应关系;接着在渐变过程中,采用拉普拉斯算子计算出中间点模型的几何位置,以保持模型的细节;最后利用移动最小二乘曲面进行动态上采样,以消除中间模型的裂缝。实验结果表明,该算法具有良好匹配的采样点对应和光滑的渐变过程。     

点模型的快速高质量绘制

针对点模型的快速高质量绘制问题,提出一种单遍绘制算法.首先根据构造的移动最小二乘曲面计算采样点的表面几何属性,然后根据协方差分析确定点元在其切平面上的椭圆表示,最后采用椭圆加权平均滤波从远到近单遍绘制各点元.此外,根据表面几何属性确定点模型的轮廓线,实现了点模型的非真实感绘制.实验结果表明,该算法能够实现点模型的快速绘制且绘制效果令人满意.     

一种基于哈尔小波的软阴影渲染算法在GPU上的实现

由于小波相比球面谐波函数能够更好地表现许多高频光照细节,哈尔小波被越来越多地被应用在许多基于PRT的全局光照渲染算法中.在PRT框架下,利用小波变换对光照、遮挡、BRDF等函数进行预处理.然后,利用所得到的预处理数据,在GPU上来实时地渲染软阴影.在渲染过程中,使用Tree-structured算法来计算渲染方程.为了能在GPU上实现该算法,对该算法中所用到数据结构的实现方式进行重新设计,并对该算法的实现过程进行调整和优化.同时,利用GPU的一些特性,在一些实现细节上也进行了相应优化.     

Efficient visibility encoding for dynamic illumination in direct volume rendering

We present an algorithm that enables real-time dynamic shading in direct volume rendering using general lighting, including directional lights, point lights, and environment maps. Real-time performance is achieved by encoding local and global volumetric visibility using spherical harmonic (SH) basis functions stored in an efficient multiresolution grid over the extent of the volume. Our method enables high-frequency shadows in the spatial domain, but is limited to a low-frequency approximation of visibility and illumination in the angular domain. In a first pass, level of detail (LOD) selection in the grid is based on the current transfer function setting. This enables rapid online computation and SH projection of the local spherical distribution of visibility information. Using a piecewise integration of the SH coefficients over the local regions, the global visibility within the volume is then computed. By representing the light sources using their SH projections, the integral over lighting, visibility, and isotropic phase functions can be efficiently computed during rendering. The utility of our method is demonstrated in several examples showing the generality and interactive performance of the approach.     

Motion Blur for EWA Surface Splatting

This paper presents a novel framework for elliptical weighted average (EWA) surface splatting with time‐varying scenes. We extend the theoretical basis of the original framework by replacing the 2D surface reconstruction filters by 3D kernels which unify the spatial and temporal component of moving objects. Based on the newly derived mathematical framework we introduce a rendering algorithm that supports the generation of high‐quality motion blur for point‐based objects using a piecewise linear approximation of the motion. The rendering algorithm applies ellipsoids as rendering primitives which are constructed by extending planar EWA surface splats into the temporal dimension along the instantaneous motion vector. Finally, we present an implementation of the proposed rendering algorithm with approximated occlusion handling using advanced features of modern GPUs and show its capability of producing motion‐blurred result images at interactive frame rates.     

Noise-resistant fitting for spherical harmonics

Spherical harmonic (SH) basis functions have been widely used for representing spherical functions in modeling various illumination properties. They can compactly represent low-frequency spherical functions. However, when the unconstrained least square method is used for estimating the SH coefficients of a hemispherical function, the magnitude of these SH coefficients could be very large. Hence, the rendering result is very sensitive to quantization noise (introduced by modern texture compression like S3TC, IEEE half float data type on GPU, or other lossy compression methods) in these SH coefficients. Our experiments show that, as the precision of SH coefficients are reduced, the rendered images may exhibit annoying visual artifacts. To reduce the noise sensitivity of the SH coefficients, this paper first discusses how the magnitude of SH coefficients affects the rendering result when there is quantization noise. Then, two fast fitting methods for estimating the noise-resistant SH coefficients are proposed. They can effectively control the magnitude of the estimated SH coefficients and, hence, suppress the rendering artifacts. Both statistical and visual results confirm our theory.     

Optimized Sub-Sampling of Point Sets for Surface Splatting

Using surface splats as a rendering primitive has gained increasing attention recently due to its potential for high‐performance and high‐quality rendering of complex geometric models. However, as with any other rendering primitive, the processing costs are still proportional to the number of primitives that we use to represent a given object. This is why complexity reduction for point‐sampled geometry is as important as it is, e.g., for triangle meshes. In this paper we present a new sub‐sampling technique for dense point clouds which is specifically adjusted to the particular geometric properties of circular or elliptical surface splats. A global optimization scheme computes an approximately minimal set of splats that covers the entire surface while staying below a globally prescribed maximum error toleranceε. Since our algorithm converts pure point sample data into surface splats with normal vectors and spatial extent, it can also be considered as a surface reconstruction technique which generates a hole‐free piecewise linearC^?1 continuous approximation of the input data. Here we can exploit the higher flexibility of surface splats compared to triangle meshes. Compared to previous work in this area we are able to obtain significantly lower splat numbers for a given error tolerance.     

适于点绘制的图形表示方法的研究

在基于点的图形绘制技术中,作为绘制基本元素的点不是数学上无意义的点,它有位置、形状、大小等属性,如何基于点有效地表示图形将影响图形绘制的效果。论文研究了基于点的图形表示方法——单纯基于点的表示、圆球表示和表面足迹表示,重点讨论了足迹表示法的关键问题——足迹大小的求解,提出了一种基于协方差分析的表面足迹的求解方法,结果表明这种方法是有效的。     

Hierarchical molecular modelling with ellipsoids

Protein and DNA structures are represented at varying levels of details using ellipsoidal RGBA textured splats. The splat texture at each level is generated by rendering its children in a hierarchical model, from a distribution of viewing directions, and averaging the result. For rendering, the ellipsoids to be used are chosen adaptively, depending on the distance to the viewpoint. This technique is applied to visualize DNA coiling around nucleosomes in chromosomes.     

自适应采样与融合的增强现实阴影生成算法

针对现有增强现实(AR)应用中阴影生成算法绘制软阴影的真实性不足,提出一种自适应采样与背景融合的阴影生成算法。首先结合考虑遮挡的平面阴影算法计算虚拟对象投影阴影的空间位置分布;其次,改进膨胀腐蚀算法中软阴影的生成过程,提出一种依据近似点光源的形状类型进行自适应采样,从而获取假想点光源集合的软阴影绘制方法;最后,针对基于膨胀腐蚀算法使用阴影灰度图方法造成阴影的颜色被限制在单通道上,提出基于多通道与背景融合的方法。实验结果表明所提算法计算软阴影的颜色更加合理,软阴影的绘制方法更为有效,提高了阴影生成算法绘制软阴影的真实性。