基于像素光照计算的硬件加速技术

给出了基于像素光照计算的原理和硬件体系结构;提出了一种基于像素光照计算的设计分析方法及相应的光照计算参数的纹理表示模型;通过凹凸纹理的实时绘制,给出了不同硬件加速模式下的实现结果.     

基于图形硬件的辐照度环境纹理图的计算方法

辐照度环境纹理图是绘制任意光照环境下漫反射物体表面的一种有效的方法。为了实现动态光照环境下辐照度环境纹理图的实时绘制,基于当前的通用图形硬件,提出了一种采用顶点着色器快速计算辐照度环境纹理图的方法。该方法从分析球面调和函数入手,首先得出环境贴图的二次多项式表达形式;然后用顶点着色程序对多项式系数和球面调和函数进行加速计算,以快速生成辐照度环境纹理图;最后对于动态光照环境,则通过对环境纹理图的分级细化来加快光照系数的计算,进而实现了动态光照环境下辐照度环境纹理图的重新绘制。实验表明,在动态光照条件下,采用该方法在获取真实感光照效果的同时,其运算速度也能满足交互系统的需求。     

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。     

基于图象绘制的层次纹理

基于图象的绘制，不需要进行3维的几何建模，并且能很好地反映场景的光照信息，可以有效地提高绘制的效率，是近些年来的一个热点研究方向。由于纹理映射已经得到硬件实现，基于纹理映射进行基于图象的绘制显然可以提高成像速度，但是，纹理映射是平面到平面的一种映射，不能很好地     

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。     

层次深度拼图集：一种新的树木快速绘制方法

提出了一种层次深度拼图集的树木表示方法。可以快速绘制树木。并有较高真实感效果。首先对树模型进行采样。得到其LDI集，然后使用一种包含遮挡信息的自适应纹理压缩方法，组合成纹理图像包，并创建对应的深度拼图集。这样树被表示成多个采样方向上的层次深度拼图集的组合。在绘制中，使用一种融合策略进行绘制合适的层次深度拼图集，实现了渐进过渡。通过实验。可以使用相对于树的原始面片较少的深度拼图绘制，能够满足交互式应用的需要。     

条纹理映射

提出一种新的基于图像绘制的方法，能高效地利用图形硬件进行加速，避免成像过程中烦人的空洞填补计算,高质量地反映物体表面的三雏凹凸细节及视差变化．该方法首先为源深度图像中每个像素生成一个条状的纹理(条纹理)，即根据一个像素及其邻近像素的深度值，沿着深度方向为该像素插值生成多个具有不同深度值的点，它们一起构成谊像素的条纹理；然后，绘制时利用图形硬件的纹理映射直接处理这些条纹理.由于各个像素的条纹理的集合可以构成源场景的近似连续三维表示,从而大大增强了源深度图像表达三维模型细节的能力，而且成像时不必进行空洞填补的计算.与已有的同类方法相比，新方法的空间需求小，成像速度快，并且成像质量很高．     

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.     

辐射度场景中双向纹理函数表面的绘制

双向纹理函数(BTF)表面一般采用点采样数据来定义表面的光照属性,因而这类表面很难运用基于面片分割的辐射度方法进行绘制,提出一种将辐射度算法扩展到包括BTF表面场景的有效方法.对表面的BTF样本区域首先进行像素聚类,再在各个像素类内对视线采样方向做进一步自适应的聚类,在各个视线类内像素分别拟合一个低频光照甬数,并求它们在各个视线类内光照细节的高频光照函数.低频光照函数作为该表面区域的平均反射属性参与辐射度计算,生成场景的整体光照效果;然后利用计算的辐射度值和高频光照函数重建该表面区域的BTF材质细节.文中方法不仅取得了较高的压缩效率,而且在BTF材质表面产生了辉映等全局光照效果.最后利用硬件实现了视点快速改变时的场景绘制.     

基于混沌特征的运动模式分割和动态纹理分类

采用混沌理论对动态纹理中的像素值序列建模,提取动态纹理中的像素值序列的相关特征量,将视频用特征向量矩阵表示. 通过均值漂移（Mean shift）算法对矩阵中的特征向量聚类,实现对视频中的运动模式分割. 然后,采用地球移动距离（Earth mover’s distance,EMD）度量不同视频的差异,对动态纹理视频分类. 本文对多个数据库测试表明:1）分割算法可以分割出视频中不同的运动模式;2）提出的特征向量可以很好地描述动态纹理系统;3）分类算法可以对动态纹理视频分类,且对视频中噪声干扰具有一定的鲁棒性.     

Scalable Height Field Self‐Shadowing

We present a new method suitable for general purpose graphics processing units to render self‐shadows on dynamic height fields under dynamic light environments in real‐time. Visibility for each point in the height field is determined as the exact horizon for a set of azimuthal directions in time linear in height field size and the number of directions. The surface is shaded using the horizon information and a high‐resolution light environment extracted on‐line from a high dynamic range cube map, allowing for detailed extended shadows. The desired accuracy for any geometric content and lighting complexity can be matched by choosing a suitable number of azimuthal directions. Our method is able to represent arbitrary features of both high‐ and low‐frequency, unifying hard and soft shadowing. We achieve 23 fps on 1024×1024 height fields with 64 azimuthal directions under a 256×64 environment lighting on an Nvidia GTX 280 GPU.     

基于图像的三维光照效果的动态重现

传统图像纹理可以给虚拟物体增加丰富的细节,但由于纹理是在特定光照条件下获取的照片,当虚拟光照条件变化时,纹理细节缺少随之动态变化的真实感。凹凸纹理通过扰动法向量可以实现细节的基本阴影变化,但生成一张真实照片的凹凸纹理是困难的。文中介绍了BRDF和BTF的概念和理论,提出了一种基于图像的适用于漫反射物体表面细节动态重现的方法,可以使映射后的纹理在不同虚拟光照条件下呈现动态变化的效果。     

基于PTM模型文物纹理映射算法

针对三维重建物体纹理不真实与不精确问题，提出了基于PTM（Polynomial Texture Maps）模型的文物纹理映射算法，该算法利用了多项式颜色依赖性的特质，采取表征颜色与亮度依赖关系的双二次多项式系数进行存储纹素数据，从而实现在变化的光照条件下重建物体的表面纹理。此外针对原PTM模型中存在的原始采集图像漫反射异常、亮度信息分布不均匀、重建拟合系数不精确，导致的重建图像纹理模糊、存在重影、物体细节纹理缺失等问题，提出了改进多项式的基函数和优化拟合系数的PTM算法以及PTM图像采集设备的优化方法，最后经实验验证，提出的算法使得重建物体纹理的真实性与精确度均得到了有效提高。     

真实感3D重建中的纹理映射技术

精确的纹理映射是体现模型视觉真实感的关键因素。本文在阐述纹理映射技术原理的基础上,探讨了基于3维激光扫描设备进行3D重建过程中,实现具有高度真实感的纹理映射所遇到的实际问题,提出了基于纹理的模型重构和纹理光照连续性重建算法,解决了纹理图像空间不连续、光照不连续等因素对模型真实感的影响,并通过真实数据的实验对算法有效性进行了验证,为大型户外实体的真实感3D重建奠定了技术基础。     

真实感动态树场景的研究与实现

树木的动态显示在自然场景模拟中有着重要的地位。采用Cook-Torrance光照明模型和预计算的半透明贴图实现了叶片的绘制,使用梁模型导出的拟合多项式结合偏移修正实现枝干的快速形变计算,通过索引枝干层级数据贴图实现GPU中多级枝干的形变。预计算和GPU的使用使得模拟过程中真实感和实时性得以平衡。实验结果表明,该方法实现了快速真实的动态树场景渲染。     

一种纹理映射新技术的应用研究

传统纹理映射所使用的照片是在特定光照条件下获取的，在虚拟环境中纹理缺少随虚拟光照条件动态变化的真实感。通过分析物体表面细节产生的机理，描述了BRDF和BTF的概念和理论方法，探讨了一种适用于漫反射物体表面细节动态重构的纹理映射新方法，这种方法通过多项式模型合成BTFs图像，可以使映射后的纹理在不同虚拟光照条件下呈现动态变化的效果。     

Automatic Registration of Images to Untextured Geometry Using Average Shading Gradients

Many existing approaches for image-to-geometry registration assume that either a textured 3D model or a good initial guess of the 3D pose is available to bootstrap the registration process. In this paper we consider the registration of photographs to 3D models even when no texture information is available. This is very challenging as we cannot rely on texture gradients, and even shading gradients are hard to estimate since the lighting conditions are unknown. To that end, we propose average shading gradients, a rendering technique that estimates the average gradient magnitude over all lighting directions under Lambertian shading. We use this gradient representation as the building block of a registration pipeline based on matching sparse features. To cope with inevitable false matches due to the missing texture information and to increase robustness, the pose of the 3D model is estimated in two stages. Coarse pose hypotheses are first obtained from a single correct match each, subsequently refined using SIFT flow, and finally verified. We apply our algorithm to registering images of real-world objects to untextured 3D meshes of limited accuracy. Moreover, we show that registration can be performed even for paintings despite lacking photo-realism.     

Efficient Relighting of RBF-Based Illumination Adjustable Images

An illumination adjustable image (IAI) contains a large number of prerecorded images under various light directions. Relighting a scene under complicated lighting conditions can be achieved from the IAI. Using the radial basis function (RBF) approach to represent an IAI is proven to be more efficient than using the spherical harmonic approach. However, to represent high-frequency lighting effects, we need to use many RBFs. Hence, the relighting speed could be very slow. This brief investigates a partial reconstruction scheme for relighting an IAI based on the locality of RBFs. Compared with the conventional RBF and spherical harmonics (SH) approaches, the proposed scheme has a much faster relighting speed under the similar distortion performance.