基于二维纹理映射的镜面反射加速绘制

针对物体表面镜面反射现象的绘制,提出了一种新的基于二维纹理映射技术的加速算法。将具有镜面反射表达式的Phong模型分解成多个简单的数学函数,预先离散采样计算后作为纹理对象传给显卡。使用OpenGL多重纹理技术,将每个纹理对象放入相应的纹理单元,分别设置其组合函数,将多个纹理的运算组合起来。将三角片顶点坐标及多组纹理坐标传入,从而实现了物体镜面反射现象的实时绘制。实验结果表明,该算法大大提高了绘制的性能。     

一种面向视景仿真的快速环境贴图方法

环境贴图是绘制物体表面漫反射和镜面反射效果的一种有效方法.为了把环境贴图应用于视景仿真中,实现场景对象的真实感绘制,首先从分析球面调和函数入手,提出了漫反射环境纹理图的快速计算方法;然后在研究镜面反射模型时,提出采用箱式滤波器代替Phong余弦函数滤波的方法,从而简化了镜面反射环境纹理图的滤波计算;最后在实现阶段,采用立方体环境纹理图表示场景光照环境,并对纹理图进行分级细化从而提高了绘制效率.实验表明,该方法在增强对象真实感的同时,其运算速度也能满足交互系统的需求,非常适合视景仿真应用.     

高光去除的聚类算法改进

高光去除是计算机视觉领域研究的一个热点问题.现有的基于双色反色模型分离漫反射分量和镜面反射分量去除单幅图像中的高光的方法,容易引起图像颜色失真和纹理的丢失.针对此问题,在使用像素强度比去高光的基础上改进了像素聚类算法,能够更准确的进行像素分类,改善图像颜色失真的现象.首先计算原图像与最小强度值单通道图像的差值得到无高光图像.然后根据无高光图像计算与高光区域相关的每个像素点的最大漫反射色度值和最小漫反射色度值.最后将高光区域内的像素点转换到最小最大色度空间,对高光区域内的像素点进行xmeans聚类,利用分类后漫反射像素点的强度比估计值很容易分离高光区域像素点的镜面反射分量,从而得到去高光图像.实验结果表明,与现有的方法对比,峰值信噪比值平均提升了2%至4%,图像颜色失真和纹理丢失状况得到改善,视觉效果更好.     

多视角图像特征匹配的高光去除方法

针对物体镜面反射使拍摄图像出现饱和高光导致的纹理信息丢失问题,提出了一种基于多视角图像特征匹配的高光去除方法。首先,选取两幅不同视角的图像作为基准图和辅助图,转换到HSV空间进行亮度调整,将亮度统一后的两幅图像进行特征点匹配,估算出单应性变换矩阵,然后利用该矩阵将辅助图透视变换到与基准图同一视角,最后利用MSF算法对基准图进行高光检测,将检测出来的高光区域遮罩在辅助图的相应位置选择纹理信息对基准图进行填补并修复缺失纹理,从而去除基准图的高光。实验结果表明,所提出的方法适用于多种真实场景图像的高光去除,且在保证图像峰值信噪比和结构相似性有所提高的同时能最大限度地恢复高光区域的纹理细节信息,高光去除后的视觉效果更好。     

环境贴图在VR系统中的应用研究

为了把环境贴图应用于VR系统中，实现场景对象的真实感绘制，首先从分析球面调和函数入手，提出了漫反射环境纹理图的快速计算方法。在研究镜面反射模型时，提出采用箱式滤波器代替Phong余弦函数滤波的方法，从而简化了镜面反射环境纹理图的滤波计算。在实现阶段，采用立方体环境纹理图表示场景光照环境，并对纹理图进行分级细化从而提高了绘制效率。实验表明，该方法实现了物体漫反射和镜面反射的快速绘制，非常适合虚拟现实应用。     

纹理物体表面反射参数的恢复

物体表面反射参数的恢复是新兴的逆向绘制技术的核心问题，提出一种恢复物体表面BRDF模型参数的方法，假定物体表面的BRDF模型可以近似分解为漫射纹理和整体不变的镜面反射分量，则每一点的反射参数可以用Phong模型来近似计算，首先选取物体表面的一片区域，利用该区域在不同视点光照条件下采样的几幅图像，计算得到该区域的平均镜面反射分量，作为整个物体表面的镜面反射分量，然后据此从物体表面各点的采样中分离出漫射分量，计算各点的漫反射参数，得到近似的BRDF模型，实验数据表明算法是有效的。     

一个新的线光源照明模型

提出了一个有效的线光源照明模型。该模型同时考虑了线光源在被照明射表面引起的漫反射分量和镜面反射分量。通过将线光源看作一个具有无限细小宽度的有向长方形光源，我们得到了一个计算漫反射分量的简洁公式。而镜面反射发量被表示成一个Ｐｈｏｎｇ镜面模型为积分核的积分，高斯积分技术则用来求解该积分。考虑到镜面反射分量的求解比较复杂，我们通过一个简单的测试算法来快速决定当前被照射点是否位于高光区域内。最后，结合ｓｈ     

一种改进的基于图像绘制的镜面反射消除方法

包含镜面反射成分的像素常常出现饱和,导致场景失真。笔者基于图像绘制技术改进了镜面反射消除方法。首先采用格鲁布斯检测法选取像素计算线性系数,然后计算出多幅线性化图像,最后结合图像融合得到漫反射成分估计值,进而消除镜面反射成分。实验表明,该方法能够有效地消除彩色物体表面的镜面反射成分。     

环形物体的两步纹理映射算法

鉴于现有的两步纹理映射技术对环形物体表面的纹理映射均不适用,为此提出了一种两步纹理映射方法,用于解决环形物体的纹理映射问题。该算法选择圆环表面为中介曲面,首先运用面积等比约束方法将两块相同类型的纹理分别映射到圆环的上下两侧表面,并通过对纹理拼接区域进行插值预处理来消除纹理接缝;然后采用中介表面法向法将圆环表面的纹理进一步映射至物体表面。实验结果表明,该算法可将平面纹理映射至多种环形物体表面,不仅纹理形变小,且保持连续,能够较好地满足虚拟现实与真实感绘制对环形物体表面的纹理映射要求。     

双边滤波的改进高光去除

目的 由于非均匀光照条件下,物体表面通常出现块状的强反射区域,传统的去高光方法在还原图像时容易造成颜色失真或者边缘的丢失。针对这些缺点,提出一种改进的基于双边滤波的去高光方法。方法 首先通过双色反射模型变换得到镜面反射分量与最大漫反射色度之间的转换关系,然后利用阈值将图像的像素点分为两类,将仅含漫反射分量的像素点与含有镜面反射分量的像素点分离开来,对两类像素点的最大漫反射色度分别做估计,接着以估计的最大漫反射色度的相似度作为双边滤波器的值域,同时以图像的最大色度图作为双边滤波的引导图保边去噪,进而达到去除镜面反射分量的目的。结果 以经典的高光图像作为处理对象,对含有镜面反射和仅含漫反射的像素点分别做最大漫反射色度估计,再以该估计图作为双边滤波的引导图,不仅能去除镜面反射分量还能有效的保留图像的边缘信息,最大程度的还原图像细节颜色,并且解决了原始算法处理结果中R、G、B三通道相似的像素点所出现的颜色退化问题。用改进的双边滤波去高光算法对50幅含高光的图像做处理,并将该算法与Yang方法和Shen方法分别作对比,结果图的峰值信噪比（PSNR）也分别平均提高4.17%和8.40%,所提算法的处理效果更符合人眼视觉,图像质量更好。结论 实验结果表明针对含镜面反射的图像,本文方法能够更有效去除图像的多区域局部高光,完成对图像的复原,可为室内外光照不匀情况下所采集图像的复原提供有效理论基础。     

不同材质色彩真实表现的光照模拟

为了研究不同材质的色彩真实表现,应用了图形学中对非镜面反射材质和镜面反射材质的不同计算方法,以及直接光照模型和全局光照模型的不同计算方法.进行了两种材质在两种光照模型中的渲染实验,实验结果分析表明非镜面反射材质颜色在直接光照模型中可以得到比较好的表达,镜面反射材质颜色在全局光照模型中的表达更真实.     

Relief texture from specularities

In vision and graphics, advanced object models require not only 3D shape, but also surface detail. While several scanning devices exist to capture the global shape of an object, few methods concentrate on capturing the fine-scale detail. Fine-scale surface geometry (relief texture), such as surface markings, roughness, and imprints, is essential in highly realistic rendering and accurate prediction. We present a novel approach for measuring the relief texture of specular or partially specular surfaces using a specialized imaging device with a concave parabolic mirror to view multiple angles in a single image. Laser scanning typically fails for specular surfaces because of light scattering, but our method is explicitly designed for specular surfaces. Also, the spatial resolution of the measured geometry is significantly higher than standard methods, so very small surface details are captured. Furthermore, spatially varying reflectance is measured simultaneously, i.e., both texture color and texture shape are retrieved.     

Compression-Based 3D Texture Mapping for Real-Time Rendering

While 2D texture mapping is one of the most effective of the rendering techniques that make 3D objects appear visually interesting, it often suffers from visual artifacts produced when 2D image patterns are wrapped onto the surfaces of objects with arbitrary shapes. On the other hand, 3D texture mapping generates highly natural visual effects in which objects appear carved from lumps of materials rather than laminated with thin sheets as in 2D texture mapping. Storing 3D texture images in a table for fast mapping computations, instead of evaluating procedures on the fly, however, has been considered impractical due to the extremely high memory requirement. In this paper, we present a new effective method for 3D texture mapping designed for real-time rendering of polygonal models. Our scheme attempts to resolve the potential texture memory problem by compressing 3D textures using a wavelet-based encoding method. The experimental results on various nontrivial 3D textures and polygonal models show that high compression rates are achieved with few visual artifacts in the rendered images and a small impact on rendering time. The simplicity of our compression-based scheme will make it easy to implement practical 3D texture mapping in software/hardware rendering systems including real-time 3D graphics APIs such as OpenGL and Direct3D.     

基于多项式纹理的Lengyel毛发实时绘制

针对普通绘制毛发光照效果方法存在的实时性较差的问题,提出一种基于多项式纹理的Lengyel毛发实时绘制方法,将多项式纹理融入Lengyel绘制毛发方法中。在预处理阶段,对毛发模型进行采样,并计算纹元的多项式纹理系数,利用该系数计算不同光照下纹元的亮度信息,通过所得亮度信息确定当前光照下纹元的颜色值,并由内到外对毛发网格层进行融合绘制。实验结果表明,该方法可以满足中等规模物体的实时绘制需求。     

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.     

虚拟手术中的模型实时绘制

实时的视觉反馈在虚拟手术中可以加强操作者的沉浸感。该文分析了体绘制和面绘制的优缺点,在系统实时性的要求下,实现了基于立体纹理映射的三维体模型的面绘制。算法在容许实时交互的同时,为操作者提供了真实感较强的视觉反馈。由于文中立体纹理生成及纹理坐标计算的特殊性,对虚拟手术中的拉压变形和切割等操作也能很好地处理。     

振动触觉纹理再现技术研究综述

纹理力触觉再现是通过特定的硬件装置模拟产生与物体纹理表面接触时的触感，使用户能感受到物体的粗糙度、软硬度等纹理特征信息。振动刺激作为再现物体触觉信息的一种刺激方式，在纹理触觉再现中被广泛运用，产生了不同的振动触觉表达装置和纹理触觉表达方法。从纹理触觉认知的角度，阐述了人对振动刺激的触觉感知生理学基础；介绍了纹理触觉再现的原理和方法；从振动与纹理特征的映射方法以及振动刺激方式两个方面分析了目前振动触觉纹理再现技术的发展现状；最后对相关研究的发展进行了总结展望。     

基于粒子系统的书法书写仿真系统

水墨风格渲染是非真实感渲染的一个研究分支.利用CPU、GPU配合实现的粒子系统,结合纹理融合技术来实现书法书写字迹仿真.利用鼠标实现用户交互,鼠标按键、位移方向和位移速度控制墨滴的走向,实现了书法书写的仿真.系统采用实时渲染方式,用户可根据需要对场景和系统进行配置并实时调整视角和缩放.实验表明运算速度能够满足交互系统的实时性需求.     

三维地形场景的真实感绘制

三维地形场景的真实感绘制追求的两个目标是绘制的逼真度和绘制的实时性，需要在不明显降低图像质量的条件下保持较高的交互帧速率。为了满足实时性的需求，采用连续LOD算法和其它技术来加速地形绘制：为了满足逼真度的需求，采用SAR图像进行纹理映射，采用光照映射实现场景照明和明暗处理。