交会对接航天员训练电视图像实时高动态范围渲染

应用基于人眼视觉系统的高动态范围实时渲染技术处理交会对接仿真场景,可以为航天员手控交会对接训练提供高逼真度的电视图像.文中结合交会对接电视图像的特点,分析了交会对接航天员训练电视图像高动态范围实时渲染的关键技术;根据两航天器相对距离,将交会对接过程分为远、中和近3个距离段,采用S-curve算法、自适应对数算法和Reinhard算法分别对每个距离段进行调和映射处理;改进了自适应对数算法和Reinhard算法,并基于GPU处理技术实现仿真电视图像的实时显示.实验结果表明,采用基于距离变化调整调和映射算法的方法处理交会对接仿真电视图像可以高逼真地模拟实录视频场景,为航天员手控交会对接训练提供了视景支持.     

ROAM动态地形渲染算法的改进

三维真实感地形的生成一直是计算机图形学领域中的焦点课题,研究了基于层次细节的实时优化自适应网格动态地形渲染算法,采用了基于地形块包围盒的可见性投影剔除技术的实时优化策略,提出了嵌套包围球方法和屏幕空间误差法相结合的优化算法来改进误差判据,以提高地形绘制的快速性,给出了该层次细节模型在地形渲染中的实现方法。实验证明,通过对实时优化自适应网格算法的实现和优化,在保证一定的地形渲染效果的前提下,减少了开销同时提高了实时渲染速度。     

一种基于二叉树结构的大规模地形实时渲染方法

对于大规模地形而言，地形场景的实时动态渲染一直是人们关注的重点。该文在充分研究现行场景实时加速绘制算法的基础上提出了一种基于二叉树结构视相关的动态多层次细节地形渲染算法。文章主要分析了地形场景数据管理与实时调度、视相关多层次细节模型与可见性判断以及网格三角化中的裂缝处理等关键问题，并给出了相应的解决方法，最后改进了一种视相关节点重要性度量准则来进行帧频控制。实验结果表明该方法在保持地形场景逼真的情况下，有很好的帧稳定性，较好地实现了大规模地形的实时动态渲染。     

ROAM算法及其在地形实时渲染中的应用

三维地形实时渲染由于数据量大,一般显示时不易全部显示所有模型,而是根据视距和地形情况,动态的改变地形显示的层次细节.本文研究基于层次细节LOD的ROAM算法及算法的加块改进来实现对地形的实时渲染.     

基于大气散射模型的航空场景实时渲染算法

针对航空仿真系统视景渲染真实性和实时性的问题,提出一种基于大气散射物理模型的室外场景实时渲染方法.首先,根据瑞利散射和米氏散射构建基于地球椭球体的大气散射数学模型,通过预先渲染并将渲染结果保存至纹理以便实时绘制调用;其次,利用基于密度积分的方法进行雾霾效果的模拟,并利用柏林噪声实现雾霾的动态变化效果;最后使用高动态范围技术优化渲染图像.实验结果表明,上述算法适用于场景分辨率较高的航空场景仿真,能够提供帧率稳定、逼真的实时场景渲染画面.     

ROAM动态地形渲染算法研究

三维真实感地形的生成一直是计算机图形学领域中关注的焦点课题 ,而基于层次细节的实时优化自适应网格动态地形渲染算法凭借其诸多的优点在军事仿真、GIS系统、VR系统、数字地球以及视频游戏等各个领域得到了广泛的运用。目前三维地形渲染技术主要包括体素渲染和层次细节渲染 ,该文在比较了这两种渲染方法的优缺点后 ,论述了基于后者的实时优化自适应网格算法的优势所在 ,详尽地剖析了其算法思想 ,并给出了该算法的一个具体的实现。     

基于GeoMipMap的分形地形的动态生成算法研究

三维真实感地形的生成一直是计算机图形学领域中的焦点课题,介绍一种同时采用GeoMipMap算法与分形算法来生成动态的随机地形的新方法,提出同时结合地形中点替换法和GeoMipMap算法的实时优化算法,讨论地形生成过程中的裂缝、突跳问题和顶点数据的存储问题,利用可见性剔除的简化策略和纹理混合贴图方式的渲染方法,并给出了该层次细节模型在地形渲染中的实现方法.通过对此算法的实现和优化,在保证一定的地形渲染效果的前提下,减少开销达到了提高实时渲染速度的目的.     

基于高度梯度图的微结构表面阴影绘制方法

针对带有微结构表面的几何模型建模困难、模型复杂度高,导致现有阴影绘制算法效率差的问题,提出一种基于高度梯度图的阴影实时绘制方法.为实现实时渲染,首先给出一种微结构描述模型,通过将微结构高度场映射到低精度模型表面来描述复杂微结构模型;然后定义微结构高度梯度图,并据此构建可见点的局部最高点集合.在阴影绘制阶段,通过实时计算梯度空间局部最高点集合遮挡来生成细节阴影.整个阴影绘制算法在图像空间完成,较好地利用了延迟着色的思想和GPU并行计算的特点,可呈现可变形物体在动态场景中的自阴影效果.     

虚拟原型自由交互和多重纹理绘制在医学仿真中的应用

介绍了一种基于光线跟踪法的多虚拟原型自由交互方法,并通过多重纹理绘制解决交互过程的逼真绘制问题.多重纹理绘制通过存储原型材质标识号,采用切割不同纹理图源文件分别渲染小三角形面片的手段,将不同纹理同时渲染到虚拟原型相应位置,以实现高度真实感的虚拟原型交互过程的实时逼真显示,给出了该方法在虚拟医学手术训练中的应用.     

基于纹理集的大规模场景模型优化算法

为了提高大规模场景模型的渲染帧率,提出了一种基于纹理集(texture atlas)技术的优化算法。通过动态空间分配算法,将模型中的纹理以最小空间代价合并为数个大纹理。在此基础上,通过"冗余存储"的方式解决重复纹理模式下的子纹理无法正常显示的问题,并且将模型中节点的纹理坐标更新。实验结果表明,该算法有效且可行,通过该算法优化后的模型的纹理状态切换次数大大减少,同时最大程度地节约了纹理空间,渲染帧率明显提高。     

从单幅高动态范围图像恢复环境中物体的材质

提出一种从单幅高动态范围图像恢复一般环境中物体材质的方法,适用于单一材质物体,对物体形状和光照条件没有任何特殊要求.在一般光照环境中,获取被考察物体的一幅高动态范围图像以及用来近似物体光照的一个或几个高动态范围环境映照,然后用模拟退火算法求解逆向绘制问题.在求解过程中采用了基于图像的光照和光线跟踪技术,充分考虑了物体自身互反射的影响.最后得到了物体表面反射模型的最优参数.若与基于图像的建模技术相结合,可以根据真实物体的照片建立真实感模型.     

Crack‐free rendering of dynamically tesselated B‐rep models

We propose a versatile pipeline to render B‐Rep models interactively, precisely and without rendering‐related artifacts such as cracks. Our rendering method is based on dynamic surface evaluation using both tesselation and ray‐casting, and direct GPU surface trimming. An initial rendering of the scene is performed using dynamic tesselation. The algorithm we propose reliably detects then fills up cracks in the rendered image. Crack detection works in image space, using depth information, while crack‐filling is either achieved in image space using a simple classification process, or performed in object space through selective ray‐casting. The crack filling method can be dynamically changed at runtime. Our image space crack filling approach has a limited runtime cost and enables high quality, real‐time navigation. Our higher quality, object space approach results in a rendering of similar quality than full‐scene ray‐casting, but is 2 to 6 times faster, can be used during navigation and provides accurate, reliable rendering. Integration of our work with existing tesselation‐based rendering engines is straightforward.     

在可编程图形硬件上实现图像高动态范围压缩

通过在亮度图像梯度域上对大梯度进行衰减,压缩图像亮度的动态范围,可以使高动态范围图像在被显示时,既能够适应常规的显示硬件,同时又充分保留原始图像的细节信息,使得图像在被观察时能够重现真实场景的亮度效果。文中采用适合由图形处理器加速的快速算法,将整个处理过程通过可编程图形硬件实现,建立快速的图像动态范围压缩技术,建立起适用于高动态范围图像显示的实时应用框架,使之不仅适用于基于图像的动态范围调整的绝大部分情况,还能够成为各种交互式图形应用的核心技术之一。     

改进的交互式动态体绘制算法

针对交互式动态体绘制算法生成图像质量差的问题，提出一种改进算法，在减少使用插值的同时，通过增加采样点数和使用采样点间距离作为权值等方法进行图像合成。改进的算法使结果图像的质量有了明显改善，同时保持了较快的速度。     

基于光线相关性的快速光线投射算法

光线投射算法是一种应用广泛的体绘制技术的基本算法，其存在的主要问题是绘制速度较慢。为了提高光线投射算法的绘制速度，以满足医学图像三维重建的应用需求，在深入研究和比较各种光线投射加速算法的基础上，提出了以接近云算法为核心的、适用于医学图像三维重建的综合性加速算法，并在PC机平台上实现了该算法，在保证图像质量的同时绘制速度提高了一个数量级左右，为医学图像三维重建的实用化提供了有效的手段。     

一种基于数据差分的频域体绘制算法

针对频域体绘制的图像质量问题,提出一种基于数据差分的且能动态提升图像质量的频域体绘制算法。用数据场差分替代原数据场,计算三维数据场的动态调节因子,通过模拟补偿图像的深度感和真实感,动态地调节图像质量。设计了采样点合并等加速技术绘制图像。实验结果表明该算法能提升图像质量,加快了绘制速度。     

On Enhancing the Speed of Splatting Using Both Object- and Image-Space Coherence

Splatting is an object-order volume rendering algorithm that produces images of high quality, and for which several optimization techniques have been proposed. This paper presents new techniques that accelerate splatting algorithms by exploiting both object-space and image-space coherence. In particular, we propose two visibility test methods suitable for octree-based splatting. The first method, based on dynamic image-space range trees, offers an accurate occlusion test and does not trade off image quality. The second method, based on image-space quadtrees, uses an approximate occlusion test that is faster than the first algorithm. Although the approximate visibility test may produce visual artifacts in rendering, the introduced error is usually not found very often. Tests with several datasets of useful sizes and complexities showed considerable speedups with respect to the splatting algorithm enhanced with octree only. Considering that they are very easy to implement, and need little additional memory, our techniques will be used as very effective splatting methods.     

Motion based Painterly Rendering

Previous painterly rendering techniques normally use image gradients for deciding stroke orientations. Image gradients are good for expressing object shapes, but difficult to express the flow or movements of objects. In real painting, the use of brush strokes corresponding to the actual movement of objects allows viewers to recognize objects' motion better and thus to have an impression of the dynamic. In this paper, we propose a novel painterly rendering algorithm to express dynamic objects based on their motion information. We first extract motion information (magnitude, direction, standard deviation) of a scene from a set of consecutive image sequences from the same view. Then the motion directions are used for determining stroke orientations in the regions with significant motions, and image gradients determine stroke orientations where little motion is observed. Our algorithm is useful for realistically and dynamically representing moving objects. We have applied our algorithm for rendering landscapes. We could segment a scene into dynamic and static regions, and express the actual movement of dynamic objects using motion based strokes.     

HDR VolVis: high dynamic range volume visualization

In this paper, we present an interactive high dynamic range volume visualization framework (HDR VolVis) for visualizing volumetric data with both high spatial and intensity resolutions. Volumes with high dynamic range values require high precision computing during the rendering process to preserve data precision. Furthermore, it is desirable to render high resolution volumes with low opacity values to reveal detailed internal structures, which also requires high precision compositing. High precision rendering will result in a high precision intermediate image (also known as high dynamic range image). Simply rounding up pixel values to regular display scales will result in loss of computed details. Our method performs high precision compositing followed by dynamic tone mapping to preserve details on regular display devices. Rendering high precision volume data requires corresponding resolution in the transfer function. To assist the users in designing a high resolution transfer function on a limited resolution display device, we propose a novel transfer function specification interface with nonlinear magnification of the density range and logarithmic scaling of the color/opacity range. By leveraging modern commodity graphics hardware, multiresolution rendering techniques and out-of-core acceleration, our system can effectively produce an interactive visualization of large volume data, such as 2.048/sup 3/.     

基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染

基于光线追踪,将屏幕图像像素分解为投射光线与场景对象交点面片辐射亮度和 纹理贴图的合成,每个面片的辐射亮度计算基于双向反射分布函数(BRDF)基的线性组合,并通 过图形处理器(GPU)处理核心并行绘制进行加速,最后与并行计算的纹理映射结果进行合成。 提出了一种基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染算法,利用GPU 并行加速,在提 高绘制效率的前提下,实现动态交互材质的全局光照实时渲染。重点研究：对象表面对光线的 多次反射用BRDF 基的线性组合来表示,将非线性问题转换为线性问题,从而提高绘制效率; 利用GPU 并行加速,分别计算对象表面光辐射能量和纹理映射及其线性组合,进一步提高计算 效率满足实时绘制需求。