基于象素的光照计算技术

多年来由于硬件所提供的功能有限，实时绘制普遍采用基于顶点的光照计算技术，但是这种技术无法反映粗糙物体的光照细节，因此也就无法实时地绘制具有高度真实感细节的物体，基于象素的光照计算技术采用新一代的硬件，可以实时地绘制粗糙物体的光照细节，具有很高的真实感，首先，对基于象素的光照计算技术与基于顶点的光照计算技术进行比较，分析基于角素的光照计算技术的优点；然后，在介绍基于象素的光照计算技术的发展的同时，分析基于象素的光照计算技术的理论基础，比较了它与Phong明暗处理硬件加速技术的关系，最后，在介绍最新硬件功能的基础上，给出了实现流程和效果图。     

基于分形理论的三维地形场景的真实感绘制

如何在PC机上进行三维地形场景的真实感绘制一直是一个挑战性课题。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。该文运用分形理论生成三维地形场景，为了满足实时性的要求，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，采用纹理映射和光照映射。这种方法可以在普通微机上基于分形理论实现三维场景的真实感绘制，达到实时性和逼真度的要求。     

非真实感绘制中轮廓线检测技术综述

轮廓线技术在非真实感绘制中占有重要地位。它的表现不仅关系到非真实感绘制最终效果的好坏，而且也是实时绘制应用中一个提高速度的关键。本文介绍了非真实感绘制中流行的和最新的轮廓线检测技术，结合可见性问题来讨论轮廓线检测的算法和技术，并对这些算法和技术进行了分类与分析，总结了其优缺点和适用场景。     

雨雾天气下光线散射效果的实时绘制

提出一种适用于雨雾天气的天空光照的多粒子散射模型,实现了雨雾场景中大气散射效果及雨后彩虹的真实感绘制.同时,通过对传统点光源单散射模型公式的解析简化,实现了各向异性光源散射效果的实时绘制.最终实时绘制出多种不同条件下真实感较强的雨雾场景.     

真实感雾的实时绘制

提出了一种真实感雾的实时绘制新方法,该方法对以刻画光能穿过雾这类参与介质发生的吸收、自发射、散射和内散射等光学现象的光能传输方程进行一定的近似,利用余弦函数并通过改变其中的相位参数作为衰减系数实现了非均匀、多层次的静态与动态真实感雾的实时绘制。     

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。     

基于图形硬件的纹理图像编码与实时绘制算法

真实感绘制对于细节的要求越来越高,应用程序通常采用多幅或大幅分辨率很高的纹理图像,有限的内存空间就成了一个制约的瓶颈.针对纹理图像的特点和可编程图形硬件的特殊要求,该文提出了一种新的面向绘制的编码算法--增量式纹理编码算法及相应的解压绘制算法,有效地解决了纹理存储容量和真实感之间的矛盾,并利用可编程图形硬件实现了实时解压绘制.该算法在图像压缩编码过程中,动态添加码表内容,只有当已有码表内容不能表示当前图像区域时,才增加码表内容.这种方法不仅能够对于自相似性较强的纹理图像取得很高的压缩比,而且由于码表的动态更新特性,可以对图像序列进行流式编码.在绘制纹理时,该算法充分利用了现有可编程图像硬件的特性,实现了实时解压绘制.文中分别对于静态图像和动态图像序列进行了实验,结果显示,此方法能灵活有效地对各类纹理图像进行编码.     

半透明物体漫散射效果的实时绘制与材质编辑

半透明物体透明效果的真实感绘制是近年来研究的热点,提出一种针对半透明物体漫散射效果的实时真实感绘制与材质动态编辑方法--基于双向表面散射反射率函数(BSSRDF)的Dipole近似.通过主元分析将Dipole近似中的漫散射材质甬数分解为与形状相关甬数和与半透明材质相关函数的乘积形式;利用该分解表示,在预辐射传输的实时真实感绘制框架下,通过对散射传输的预计算来实现在多种光源环境下对半透明物体材质的实时编辑.此外,还提出一种对预计算辐射传输数据在空域上进行二次小波压缩的方法,利用表面点在空间分布位置的相关性,在保证绘制质量的前提下,大大压缩了数据,提升了绘制效率.实验结果表明,文中方法可以生成具有高度真实感的半透明效果并保证实时的绘制速度.     

基于图象的实时绘制技术

随着计算机技术的发展，对虚拟场景的真实感程度提出了越来越高的要求．基于 图象实时绘制技术是实现对虚拟场景建模和实时绘制的新的有效方法,可以克服传统的基于 几何绘制方式中建立真实模型的困难和实时绘制计算量大的缺陷．本文对目前出现的各种基 于图象的实时绘制方法进行分类介绍和综述．     

图形硬件加速的实时水面绘制

实时生成具有真实感效果的水面是计算机图形学中的研究热点和难点之一。文章介绍了一个利用可编程图形硬件来实现水面实时生成和绘制的系统,绘制过程主要分两个方面:水面的建模和水面光照效果的实现。通过基于空间域的快速傅立叶变换技术来实现水面的建模,通过凹凸纹理贴图和投影纹理技术来实现水面的反射、折射和菲涅耳等水面光照效果。绘制过程主要在图形处理器中实现,从而保证了算法的实时性。在现有的PC机和可编程图形硬件加速卡上能达到每秒30帧以上的绘制速度。     

一种云场景的实时渲染方法

探讨了真实感云场景的模拟技术,设计了一种云场景的实时渲染方法。基于Perlin噪声建模生成云浓度图,并采用考虑浓度的Phong光照模型与单向散射光照模型,分别计算反射光和透射光,改善了传统方法无法真实反映不同角度太阳光照的问题,实现了不同时段动态云场景的绘制。通过引入基于GPU的Bumping纹理算法与Render-to-Texture技术,极大提高了云场景的渲染速度。实验结果进一步表明该方法能够同时满足真实感与实时性两个方面的要求。     

一种个性化三维人面模型及其绘制方法

设计了一种有效支持个性化变形和实时显示的三维人面模型结构，并在此基础上给出了一种特征约束的实时连续多分辨率绘制方法。模型结构的设计充分考虑了人面特征及模型中点、边、面的邻接关系，便于变形中特征点及相关区域的移动，基于此结构的特征约束的多分辨率绘制方法建立了视点参数与模型分辨率间的直接关系，在保持模型视觉特征的同时保证了实时连续绘制的实现。     

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。     

基于shader实现的光线透射效果

真实的模拟光线的透射效果是实时计算机图形学中一个非常令人关注的内容.对于这种自然现象的模拟所要达到的两个目标是真实性和实时性.为了达到这一要求,介绍了一种能够实时并且真实的模拟这种自然现象的算法,在Microsoft Visual Studio开发环境下,利用DirectX9.0软件包进行3D开发,并结合shader技术编程实现,运行的结果表明此算法是可行的和高效的.     

A fast rendering method for clouds illuminated by lightning taking into account multiple scattering

Methods for rendering natural scenes are used in many applications such as virtual reality, computer games, and flight simulators. In this paper, we focus on the rendering of outdoor scenes that include clouds and lightning. In such scenes, the intensity at a point in the clouds has to be calculated by taking into account the illumination due to lightning. The multiple scattering of light inside clouds is an important factor when creating realistic images. However, the computation of multiple scattering is very time-consuming. To address this problem, this paper proposes a fast method for rendering clouds that are illuminated by lightning. The proposed method consists of two processes. First, basis intensities are prepared in a preprocess step. The basis intensities are the intensities at points in the clouds that are illuminated by a set of point light sources. In this precomputation, both the direct light and also indirect light (i.e., multiple scattering) are taken into account. In the rendering process, the intensities of clouds are calculated in real-time by using the weighted sum of the basis intensities. A further increase in speed is achieved by using a wavelet transformation. Our method achieves the real-time rendering of realistic clouds illuminated by lightning.     

基于物理模型的三维火焰实时渲染

火焰等无规则物体的模拟近年来成为计算机图形学中的一个研究热点。传统的基于粒子和纹理技术生成的火焰,并不能真实地反映物体的运动过程,生成的火焰效果图具有随机和生硬的特点。为了解决火焰模拟过程中难以实现的实时性和真实感的问题,文中采用一种基于物理模型的火焰实时渲染方法,应用有限差分法求解Navier-Stokes方程,采用半拉格朗日法求解平流项,扩散方程则利用隐式迭代方法进行求解,利用GPU强大的并行计算能力对求解过程进行加速,利用光线投射算法对火焰进行渲染,最后生成了逼真的火焰图像。实验结果表明该方法实现简单,渲染速度快,显示的效果真实。     

Building a virtual environment for endoscopic sinus surgery simulation

Advanced display technologies have made the virtual exploration of relatively complex models feasible in many applications. Unfortunately, only a few human interfaces allow natural interaction with the environment. Moreover, in surgical applications, such realistic interaction requires real-time rendering of volumetric data—placing an overwhelming performance burden on the system. We report on our advances towards developing a virtual reality system that provides intuitive interaction with complex volume data by employing real-time realistic volume rendering and convincing forece feedback (haptic) sensations. We describe our methods for real-time volume rendering, model deformation, interaction, and the haptic devices, and demonstrate the utilization of this system in the real-world application of Endoscopic Sinus Surgery (ESS) simulation.     

Real-time Biomechanically-based Muscle Volume Deformation using FEM

This paper presents a voxel-based biomechanical model for muscle deformation using finite element method (FEM) and volume graphics. Hierarchical voxel meshes are reconstructed from filtered segmented muscle images followed by FEM simulation and volume rendering. Physiological muscle force is considered and linear elastic muscle models for both static and dynamic cases are simulated by FEM. Voxel-based wireframe, polygon surface rendering, and volume rendering techniques are applied to show real-time muscle deformation processes as well as realistic animations.     

基于约束误差判据的动态地形可视化算法

在动态地形可视化中,误差判据决定着每帧需要绘制的三角形结点个数, 决定着渲染地形的真实度和算法效率。常用的屏幕误差计算方法,在实时绘制阶段为避免 T-连接和裂缝的生成,需要大量的维护工作并产生大量冗余三角形,不利于地形的实时绘制。 论文利用局部地形粗糙因素约束嵌套误差判据球,能较好的体现地形的局部细节,同时减少 平坦地区冗余三角形的产生。并利用延迟判断的帧间连贯性减少实时绘制时的计算量,进一 步提高算法效率。实验结果表明,利用带约束的误差判据的动态地形可视化算法能够有效减 少冗余三角形,在体现地形真实效果的同时有效提高算法效率。