基于图形与图像的混合绘制技术

随着虚拟现实技术的发展,对基于图形与图像的混合绘制技术提出了越来越高的要求。基于图形与图像的混合绘制技术是虚拟现实、动态仿真、实时可视化、高品质动画等越来越多的图像、图形应用技术的实现基础。该文对各种基于图形与图像的混合绘制技术进行分类综述、研究和展望。     

基于GPU的实时深度图像前向映射绘制算法

提出一种完全基于GPU(graphics processing unit)的实时深度图像绘制流程.该方法利用GPU的并行计算特性对深度图像的绘制过程进行加速.推导出一种在vertex shader上进行的三维前向映射方法,对输入像素进行前向映射,以得到更高的绘制性能,并利用图形硬件流水线的光栅化功能高效地进行图像的插值重构,以得到连续无洞的结果图像.在pixel shader上进行逐像素的光照计算,生成高品质的光照效果.实验表明,该方法可以高速地进行满屏绘制,准确地保留物体轮廓信息和正确的遮挡关系.还实现了基于该方法的实时漫游系统.该系统能够实时地绘制多个基于柱面深度图像表示的对象,并能对其进行视相关的动态LOD(level of detail)操作.     

基于空间加权的虚拟视点绘制算法

在自由视点视频系统中,如何能在视频终端得到高质量的视频图像已成为基于深度图的绘制（DIBR）技术所研究的主要任务,其中虚拟视点像素插值是该技术中影响绘制质量的一个重要环节。针对虚拟视点绘制标准方案中存在的问题,提出了一种基于空间加权的像素插值算法。它是通过对多个投影像素点的深度值和水平方向绝对距离进行加权操作来实现像素插值的。在插值过程中,该算法考虑了不同区域投影像素点个数对像素插值准确性的影响,从而剔除了部分失真像素点,并且在图像输出前还分别对左、右参考虚拟视点进行了失真检测和矫正。实验结果表明,该算法改善了绘制的主、客观质量,其中,PSNR平均提高0.30 dB,SSIM平均提高0.001 3。因此,该算法可以有效地抑制像素插值过程引入的噪声,提高像素插值的精度。     

基于视点的LOD绘制

基于迭代收缩算法（即PM算法）设计了一种新的多分辨率数据结构,给出了基于视点的模型多分辨率实时绘制方法,使得模型的分辨率可以随着视点位置的变化而变化,满足了观察者观察局部细节的要求。     

运用层次纹理映射的基于图像绘制算法

提出一种基于图像绘制(image-basedrendering,简称IBR)的算法,以发挥图形卡的纹理映射功能,并能表现物体表面的三维凹凸细节.首先将深度图像的像素按其相关深度分为多层纹理图像,然后利用纹理映射的硬件支持,将这些层次纹理图像依次投影到与视点相关的成像面上,以得到所需目标图像.为了避免目标图像上出现空洞,在生成时,将纹素在深度层次上进行扩展.由于层次纹理图像需要较大的存储空间,并且在装入纹理缓冲时要花费大量时间,为此还提出一种基于压缩层次纹理图像的目标图像生成算法.实验表明新算法是有效的,尤其适于处理与整个物体大小相比深度层次不太多的三维景物,如有表面凹凸纹理(浮雕、门窗等)的建筑物表面等.     

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．     

基于GPU的球面深度图实时绘制

提出了一种GPU加速的实时基于图像的绘制算法.该算法利用极坐标系生成对物体全方位均匀采样的球面深度图像;然后根据推导的两个预变换公式将单幅球面深度图像预变换到物体包围球的一个与视点相关的切平面上,以生成中间图像;再利用纹理映射生成最终目标图像.利用现代图形硬件的可编程性和并行性,将预变换移植到Vertex Shader来加快绘制速度;利用硬件的光栅化功能来完成图像的插值,以得到连续无洞的结果图像.此外,还在Pixel Shader上进行逐像素的光照以及环境映射的计算,生成高质量的光照效果.最终,文章解决了算法的视点受限问题,并设计了一种动态LOD(Level of Details)算法,实现了一个实时漫游系统,保持了物体间正确的遮挡关系.     

基于GPU的烟雾数据体面混合绘制技术研究

研究烟雾等大规模体数据在虚拟场景中实时可视化的技术是一种新的体面混合绘制技术,在灾害现象仿真中有着重要的应用。在处理体面混合绘制时,已有的绘制算法难以实时地处理体数据的遮挡和裁剪,并在内窥绘制中出现片元空洞。针对以上问题,提出一种基于GPU的体面混合绘制算法,将体数据视为参与介质,同时将面绘制的结果作为体绘制的积分域约束条件,从而把面绘制中的裁减算法推广到体数据的绘制中,实现了体面混合绘制的无缝融合。仿真结果表明算法能够实时地绘制虚拟场景中的大规模体数据,并且能够处理复杂的内窥效果。     

基于投影网格的全球多分辨率地形绘制

提出一种基于投影网格的全球多分辨率地形绘制算法。利用投影网格剖分球面,快速完成视域内球面的非均匀网格化。对地形数据分层组织、分块存储,通过可视区域计算,实现高效率的地形数据装载和更新。由于每帧网格数量保持基本不变,确保了稳定的帧率。实验结果表明该算法在全球三维地形实时绘制上能取得较好的视觉效果,计算量小、具有较高的效率。     

超量外存地表模型的实时绘制技术

提出一种分块策略对规则网格进行区域分割,采用空间填充曲线对分块内网格点进行多分辨率排列,并基于分块多分辨率对地形网格实时调度和页面预取．文中算法利用块模型进行分块视域剔除和分块LOD场景渲染．在多线程分块多分辨率调度和渲染策略下,大大减少了模型的I／O负载,可以在有限环境下满足实时场景绘制要求．     

基于LOD的大规模输电线路场景实时渲染算法优化

针对输电线路走廊大规模地形环境仿真渲染效率较低的问题,通过模拟人眼视角的特点,提出一种基于多控制因子的LOD算法。该算法在综合考虑距离、地形因素对地形网格进行简化的基础上,结合仿真场景大部分工作在漫游模式下的特点,将视点移动速度作为一个重要的控制因子放入评价函数中,优化后的算法在视角漫游状态下,可通过评价函数计算模型简化程度。对比实验表明本文算法比ROAM算法、限制四叉树算法具有更快的渲染速度。     

Hybrid Geometric — Image Based Rendering

We present a Hybrid Geometric‐Image Based Rendering (HGIBR) system for displaying very complex geometrical models at interactive frame rates. Our approach replaces distant geometry with a combination of image‐based representations and geometry, while rendering nearby objects from geometry. Reference images are computed on demand, which means that no pre‐processing, or additional storage are necessary. We present results for a massive model of a whole offshore gas platform, to demonstrate that interactive frame rates can be maintained using the HGIBR approach. Our implementation runs on a pair of PCs, using commodity graphics hardware for fast 3D warping.     

适于点绘制的层次多分辨率建模方法的研究

在基于点的图形绘制技术中,需要记录大量的场景采样点,如何有效地组织这些数据是实现快速高效绘制的关键问题之一。论文研究了适于点绘制的有效数据组织——层次多分辨率建模,分析了三种常用的模型结构及其构建算法,讨论了模型结构中的层次细节选择方案,提出了一种层次细节的顺序选择方法,实验证明这些方法是有效的。     

面向装配的飞行器超大模型实时可视化技术

针对飞行器大数据量CAD模型实时绘制困难的问题,提出一种LOD自动批处理生成以及实时自适应绘制方法.以零部件为处理对象以保留装配树信息,结合模型分割完成超大模型简化,并根据计算机存储能力、实时绘制能力以及CAD模型特点,实现了定量的LOD自动批处理生成;以精确遮罩查询为基础,根据计算机实时绘制负载和CAD模型面片密度,动态地调整LOD精度等级,使得各个模型的精度基本一致,避免了传统算法的弊端,实现了LOD实时自适应绘制,并进行了优化.实验结果表明:采用文中技术处理千万级三角面片的模型约1h完成LOD生成,并可在普通计算机上实现实时的自适应绘制.     

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。     

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。     

一个交互实时的多分辨率地形绘制系统

本文设计并实现了一个交互实时的多分辨率地形绘制系统，介绍了系统的组成、实时优化方法的以及地形几何和纹理数据表示和管理方法，并通过一实例对地形绘制系统的性能进行了评价。从绘制结果看，系统对地形进行实时优化时折衷考虑了国象绘制质量和绘制速率，在图象质量没有有明显退化的情况下极大地改善了地形绘制的性能。     

大规模地形漫游中的实时地形渲染技术

地形漫游已经被广泛应用于游戏、虚拟现实（VR）、飞行仿真和地理信息系统（GIS）等环境中。在传统的仿真中,地形采用艺术家手工建模,但是手工建模价格昂贵,而且不能产生连续的细节层次（Level of Detail,LOD）。大规模的地形渲染算法需要采用细节层次来减少实际需要绘制的地形数据。从产生地形角度入手,分析了几种经典的实时地形渲染技术,并对部分技术进行比较。最后提出对某些方法进行改进,以达到更好的效果,并通过PC机上的实验加以验证。     

基于层次聚类树的点曲面视点相关绘制

针对点曲面的视点相关绘制问题,提出了一个新的表面基层次聚类简化算法。区别于普遍采用的空间剖分基策略,该算法的显著优势在于能够运用法向锥半角误差标准有效跟踪曲面的起伏变化,并以此为聚类简化过程提供可靠的全局误差控制。离线简化阶段,连同各种预定义的聚类约束条件,算法构造了点曲面模型的连续层次多分辨率表达。实时绘制阶段,层次可见性裁剪以及优化的树遍历提高了系统的整体性能。此外,通过引入附加的轮廓增强机制,在较大的屏幕投影误差和较高的模型简化率情况下,系统仍然能够保证较好的绘制视觉质量。