基于GPU的真实感毛发快速绘制

提出一种基于图形处理器(GPU)加速的真实感毛发快速绘制方法.方法通过混合绘制多层次的半透明纹理层来表示物体表面的毛发效果,并在绘制过程充分运用了GPU的可编程功能.其中采用GPU的顶点绘制器来完成多层网格层顶点位置的计算;采用像素绘制器来实现毛发特殊光照效果的计算.实验表明,通过采用GPU可编程计算,毛发的绘制速度得到了明显提高.方法对中等规模的模型达到了实时的毛发绘制速度,并具有逼真的仿真效果.     

卡通化图像和视频的毛发纹理生成与替换

低成本卡通制作中的图像和视频通常缺乏对动物角色毛发效果的表现,为了能对已有图像及视频中的动物角色进行处理,为其增添具备真实感的毛发效果,提出一种毛发风格化算法——卡通化毛发纹理算法.针对卡通中的动物角色合成毛发纹理并进行替换,分为图像应用及视频应用2个部分.在图像替换时,对要进行风格化处理的目标区域进行图像结构分析,以获取覆盖目标区域的三角网格,再生成毛发纹元并映射于网格之上,通过绘制纹元来生成具备真实感的毛发效果;在进行视频替换时,提取视频关键帧并基于图像应用算法生成相应的卡通化毛发纹理进行图像替换,之后根据关键帧的替换结果指导整个视频的替换.为了获取随时间变化的图像关键帧目标区域,采用SIFT算法计算特征点在时间轴上的匹配;为了快速合成卡通化毛发纹理,采用基于GPU的光线行进算法加速毛发纹元的体绘制过程.实验结果表明,文中算法可成功地对已有图像及视频的动物角色添加具备真实感的毛发效果.     

基于层状纹理切片表示法的短毛造型系统

提出了一个真实感短毛的实时绘制与造型系统。该系统采用快速的层状纹理切片技术进行毛发表示,保证了真实感短毛绘制和造型的实时性。在毛发造型方面,系统采用倒伏向量场和长度标量场来控制模型表面短毛的形态变化,并提供了多种造型工具,如梳理、吹风、引力棒、插值、扰动等。利用这些造型工具,用户可以灵活、直观地对短毛形态进行编辑与设计。系统还提供了一个毛发纹理生成器,使用户可以通过设计毛发纹理来对毛发的粗细、疏密和颜色等属性进行整体控制。实验结果表明,本文系统具有较强的短毛造型能力,并具有非常好的可操作性和用户交互性。     

GPU在实时阴影绘制中的应用

实时阴影在增强三维场景真实感方面起着非常重要的作用。阴影体算法是实时阴影绘制中效果非常理想的一种方法。但是随着场景复杂度的增加,该算法计算量比较大,将导致绘制效率的降低。另一方面,随着可编程GPU技术的发展,GPU的渲染速度远远大于CPU,为提高三维场景的渲染效率提供了更大的空间。在此基础上,介绍了一种在GPU上生成阴影体的方法,加速实时阴影绘制。利用图形硬件的图形处理单元（GPU）的运算能力和可编程性,将生成阴影体的大量计算从CPU转移到GPU,从而有效地提高实时阴影的绘制效率。     

基于GPU的网格模型平滑阴影的实时绘制

为了绘制边界平滑的阴影效果,增强虚拟场景的真实感,提出一种基于GPU的平滑阴影实时绘制的算法.该算法通过重新定义阴影轮廓线得到网格模型上的精确阴影轮廓边界,利用阴影体算法获得边界平滑的阴影区域;阴影轮廓线的计算生成及阴影Ⅸ域的绘制等过程利用GPU进行加速,可以实时绘制物体的阴影区域.实验结果表明,文中算法生成的阴影边界比已有算法更加平滑,并且在效率方面强于其他算法.     

地形可视化中的改进Geoclipmap算法

在大地形实时绘制中,大规模的地形数据和有限的硬件数据通信带宽是限制地形绘制效率的主要原因。在Geoclipmap算法的基础上,通过使用几何场景图(GSG)组织结构提高数据外存加载效率,在mipmap棱锥生成过程中采取sinc滤波方法进行重采样,避免地形细节丢失。为减少CPU到图形处理器（GPU）的数据流量,提出一种基于层次包围球的二级视锥体裁剪技术,并将法线的生成放到GPU的片段着色器中。实验结果表明,算法保持地形真实感,并有效提高绘制效率,能满足大地形的实时渲染要求。     

实时绘制带斑纹的毛发

提出一种将reaction-diffusion过程纹理与Lengyel的毛发绘制算法相结合，实时生成带有斑纹的毛发的方法。利用vertexshader和pixel shader等硬件扩展功能对Lengyel方法进行了改进，不但提高了绘制速度，而且使得毛发的光照计算更为准确．     

基于GPU真实感毛发绘制

基于毛发的多层纹理表达方法,提出一种毛发实时绘制方法.该方法充分利用图形处理器的绘制功能,不仅能对毛发进行高精度快速的光照计算,而且能够高效地模拟毛发间的自阴影效果以及物体其他部分在毛发上遮挡形成的软影现象,以增强毛发的真实感效果.实验结果表明,该方法能够实时处理中等规模的模型,这对于毛发物体在电影、游戏和虚拟现实等领域的应用具有重要的价值.     

基于轮廓边拟合的软影映射算法

针对实时软影映射算法在绘制大面积光源时绘制效率不高的问题,提出一种基于轮廓边拟合的快速软影映射算法.该算法在场景阴影映射图中的固定尺寸的块内拟合轮廓边直线,并用一种层次化的数据结构来保存拟合的轮廓边直线;再利用反投影轮廓边直线的方法快速地计算着色点的可见性,生成真实的软影效果.实验结果表明,与现有的算法相比,文中算法在不显著降低软影质量的基础上有效地提高了绘制效率.     

深度剥离与GPU结合的近似软影算法

针对基于阴影图算法扩展的一些近似软影算法中存在的只考虑外半影区而导致的本影区过多估计的问题,提出了一种深度剥离与GPU结合的近似软影实时绘制算法。算法利用GPU的几何着色器来提取场景物体的轮廓边并生成内半影和外半影图元,进而得到整个内外半影颜色图和深度图,最终阴影绘制的时候通过参考阴影图和内外半影图来确定每个可见像素的明暗值,从而得到比以往算法较真实的绘制效果,算法完全在GPU中实现。实验结果表明,对相对不复杂的场景,该算法可以生成较真实的软影效果,且绘制帧率完全达到实时。     

采用非均匀纹理层的短毛实时绘制

提出一种采用非均匀纹理层来实时绘制真实感短毛的方法,通过混合绘制多层次半透明纹理层来表示物体表面的毛发效果,根据视点位置以及物体表面各部位毛发形态的不同,自适应地采用不同的层数来表示物体各部位的毛发.这种非均匀层数的方式可以在保证绘制质量的情况下尽量减少绘制的面片数,从而加快绘制速度.该方法对中等规模的模型达到了实时的处理速度,并可以有效地表现物体表面的局部性长毛或倒伏毛发等各式毛发形态.     

基于Lengyel方法的动态毛发模拟研究

分析各种基于Lengyel方法模拟动态毛发技术。通过忽略质点-弹簧系统中的剪应力和折叠力,并假定提供位移力的弹簧不发生伸缩,得到一种“质点-刚性杆系统”,把它引入到Lengyel方法中,结合非线性插值计算shell层偏移量的方法来控制各s     

GPU加速的光滑轮廓线绘制

轮廓线的高效提取是非真实感绘制的一个关键问题。提出了一个完全利用GPU生成光滑轮廓线的高效算法。在几何处理阶段,先根据相邻三角形的法向量与视向量的关系检测出轮廓线,然后对轮廓线进行宽度扩充,同时对轮廓线顶点设置相应的渐变因子;在像素处理阶段把渐变因子转化为相应的alpha值,通过光照生成卡通渲染,最后通过alpha混合得到光滑轮廓线。算法完全在GPU里实现,能满足实时的绘制要求。     

基于参数空间的混合多分辨率绘制

根据点和多边形在表示和绘制物体上各自不同的特点,提出了一种有效绘制细节高度复杂物体的多分辨率方法.3D表面被映射到参数平面,经规则采样成为几何图像,P-Quadtrees是基于几何图像建立的四叉树多分辨率层次结构.通过对四叉树的遍历,面向视点的表面用较大多边形面片绘制,光照细节通过法向映射完成;轮廓部分通过视点相关的LOD(level of detail)控制进行细化,使用点来绘制物体复杂精细的轮廓.通过此方法,细节复杂模型的绘制不仅可以被硬件加速,而且无论在表面还是在轮廓部分都能获得很好的视觉效果.     

基于GPU的近似软影实时绘制

通过对阴影图算法进行扩展,提出一种完全基于GPU的近似软影实时绘制算法,它是一种3遍算法:第一遍从光源中心计算场景的深度图;第二遍采用几何着色器提取物体的轮廓边,同时在轮廓边上生成新的几何图元,利用硬件自动插值功能向外绘制线性近似半影图,并根据第一遍得到的深度图在像素着色器中对背面轮廓形成的半影区进行剔除;对于重叠的半影区设定片元的伪深度值,利用硬件进行自动融合.第三遍分别查询深度图和半影图,确定场景的本影区以及半影区中像素的亮度,从而得到面光源照射下场景的近似软影效果.     

Projected tetrahedra revisited: a barycentric formulation applied to digital radiograph reconstruction using higher-order attenuation functions

This paper presents a novel method for volume rendering of unstructured grids. Previously, we introduced an algorithm for perspective-correct interpolation of barycentric coordinates and computing polynomial attenuation integrals for a projected tetrahedron using graphics hardware. In this paper, we enhance the algorithm by providing a simple and efficient method to compute the projected shape (silhouette) and tessellation of a tetrahedron, in perspective and orthographic projection models. Our tessellation algorithm is published for the first time. Compared with works of other groups on rendering unstructured grids, the main contributions of this work are: 1) A new algorithm for finding the silhouette of a projected tetrahedron. 2) A method for interpolating barycentric coordinates and thickness on the faces of the tetrahedron. 3) Visualizing higher-order attenuation functions using GPU without preintegration. 4) Capability of applying shape deformations to a rendered tetrahedral mesh without significant performance loss. Our visualization model is independent of depth-sorting of the cells. We present imaging and timing results of our implementation, and an application in time-critical "2D-3D" deformable registration of anatomical models. We discuss the impact of using higher-order functions on quality and performance.