基于图象空间判据的地表模型加速绘制技术

在利用图形绘制实现虚拟现实的研究工作中，为了加速图形生成以保证实时的图形绘制，物体层次细节模型LoD(level of detail)的选择是其最主要的解决办法.其主要原理是根据物体对于观察者的重要性选择该物体绘制的细节.地表模型作为多边形网格模型的一种特殊几何模型，在各种虚拟现实系统中有着重要而广泛的应用.该文通过对地表模型实时生成特殊性要求的分析，提出具有焦点加权因子的基于图象空间误差的、适用于地表模型特殊性的、有效的加速简化方法.以焦点和显示面积的有效结合作为物体重要性评价尺度，有效地简化了地表模型的绘制.同时，算法结合均匀网格模型的多分辨率细节层次模型，以“块”作为地表模型大面积简化的空间单位，加速地表模型的简化操作，以实现较为复杂的地表模型的实时绘制.     

一种统一的硬件加速自适应EWA Splatting算法

提出了一种新的硬件加速自适应EWA(椭圆加权平均)Splatting算法框架,可同时适用于三维体数据和点模型.算法将高斯重建核与低通图像滤波核结合,得到反走样、无模糊的高质量图像.提出一种高效的白适应滤波方法,减少了高质量EWA Splatting的计算量.提出了自适应体EWA Splatting的3种数据存储模式和一系列高级特性,其中包括交互式分类、体一面混合绘制策略和自适应浮点累加.展示了如何在可编程图形处理单元(GPU)中计算体数据和点模型数据的EWA Splat基元.实验表明,文中的方法在一台普通微机上每秒可绘制1500万～2000万个基元,达到较高的图像质量与交互的绘制速度.     

一种点面混合的复杂三维模型加速绘制方法

在主流个人计算机硬件条件下，为加速百万以上三角面片构成的复杂稠密几何模型的绘制速度，综合基于几何的建模与绘制方法GBMR和基于点的建模与绘制方法PBMR的优点，提出了一种同时使用三角面片和点作为基本单元进行对象建模与绘制的点面混合方法．在预处理阶段，对模型表面进行网格分割，存储子块三角面片和顶点点云数据，同时对顶点点云按顶点重要度排序并序列化为线性结构．在实时绘制阶段，进行视相关的裁剪和背面剔除，不同子块按视点距离分别由三角形或点进行绘制．以上过程充分利用图形处理单元GPU，实现了基于GPU的点面混合的对象连续多分辨率绘制，有效地提高了复杂模型的绘制效率．     

基于GPU光线投射算法的心脏体数据三维可视化

心脏成像和可视化技术在心脏疾病诊断、治疗规划中发挥着重要作用。针对分割后的心脏体数据集,提出了使用图形处理器(GPU)加速光线投射算法进行高质量三维可视化的新方法。该方法结合心脏体数据统计信息设计传递函数,增大细微组织的不透明度值;基于梯度模自适应地调整采样步长,提高组织边界的采样频率;应用改进的Blinn-Phong多光源光照模型,增强可视化效果。实验结果表明,该方法在实现实时绘制的同时,能够获得高质量的体绘制效果,渲染出清晰的瓣膜和冠状动脉血管等心脏细微组织。     

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。     

动态非均质半透明物体的实时绘制算法

现有的对半透明物体的绘制算法中大部分都是为均质材质设计的,虽然有少数算法可以绘制非均质材质,但效率不高,为此提出一种图形硬件加速的动态非均质半透明物体的实时绘制算法.首先将模型的采样点组织成八叉树的形式,将双向次表面散射反射函数(BSSRDF)表达绑定为顶点属性,同时充分利用图形硬件的并行性来实现八叉树的快速建立和遍历;然后以树的结点之间的空间距离和材质的相似度为准则提出一种新的采样方法来提高表面积分的效率.由于整个过程不需要任何预计算,因此该算法可以很容易地扩展到动画场景或者变化的材质,并且还可以灵活地选择BSSRDF的表达方式.实验结果表明,文中算法可以达到实时的绘制帧率和良好的视觉效果.     

双向纹理函数的有效压缩与绘制

提出了一种有效的BTF压缩方法：对简单BTF样本区域用一个统一的低频函数模拟整个区域的整体光照效果，再对每个像素生成一个高频函数来表现细节；对复杂样本区域则首先进行像素聚类，再在各个像素类内对视线采样方向自适应地聚类，在各个视线类内分别拟合一个低频函数，并求像素在各个视线内的高频函数，利用低频函数与高频函数的和重建了像素在相应视线类内的视觉效果．与局部PCA方法的对比表明，该文的算法取得了较高的压缩效率和更快的绘制速度，能实现交互的软件绘制和实时硬件绘制．     

真实感图形绘制技术研究

随着虚拟现实技术的发展,对各种图形绘制技术提出了越来越高的要求。好的图形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。本文主要介绍了基于图像的绘制技术、基于点的绘制技术,以及基于图形与图像的混合绘制技术在原理和应用。     

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。     

基于线性八叉树的光线投射体绘制算法改进研究

体视化是地学信息三维可视化研究的前沿技术之一，体绘制算法的效率直接关系到体视化的效果。本文在研究已有光线投射体绘制改进算法的基础上，提出利用线性八叉树数据结构对光线投射体绘制算法进行改进研究，不仅实现了体数据的压缩。而且能对压缩体数据进行直接体视化。在PC机上的实验表明，该方法具有时间复杂度与数据复杂度基本无关的特点．加速效果明显。最后，文章指出了该方法的适用范围。     

基于二叉顶点树的视点相关实时LOD算法

本文提出了一种实时LOD算法，通过对二又顶点树的操作，实现在渲染过程中用不同的细节层次表示模型各部分。采用的细节层次的选择标准有：视见体剔除，背面剔除和屏幕空间的投影误差。实验结果表明该算法可以在保持一定的视觉效果的前提下，大大提高绘制效率。     

Seamless patches for GPU-based terrain rendering

In this paper we present a novel approach for interactive rendering of large terrain datasets. Our approach is based on subdividing a terrain into rectangular patches at different resolutions. Each patch is represented by four triangular tiles that are selected form different resolutions, and four strips which are used to stitch the four tiles in a seamless manner. Such a scheme maintains resolution changes within patches through the stitching strips, and not across patches. At runtime, these patches are used to construct a level-of-detail representation of the input terrain based on view-parameters. A selected level of detail only includes the layout of the patches and their boundary edges resolutions. The layout includes the location and dimension of each patch. Within the graphics hardware, the GPU generates the meshes of the patches by using scaled instances of cached tiles and assigns elevation for each vertex from cached textures. Since adjacent rectangular patches agree on the resolution of the common edges, the resulted mesh does not include cracks or degenerate triangles. Our algorithm manages to achieve quality images at high frame rates while providing seamless transition between different levels of detail.     

基于分形维数的地表模型多分辨率动态绘制

以基于分形维数的树状结构组织三维地表网格模型,实现了与视点相关的连续多分辨率地表模型简化及实时绘制.算法分为预处理和实时绘制两个阶段.在预处理阶段,通过分形维数评价地表的复杂度,建立自适应的树状结构,计算出所有顶点的误差值.在绘制阶段,则根据视距、视角等因素动态地确定需保留的顶点集,并采用受限四叉树方法实时三角化得到所需分辨率下的三角网格近似模型.该算法具有两个优点:一个是地表模型的分层区域划分考虑了地形本身的复杂度;另一个是建立了视点相关各参数与所采用的分辨率表示的直接关系.实验表明,此算法简单、有效,支持对地表模型的交互式实时动态绘制.     

Improved Model‐ and View‐Dependent Pruning of Large Botanical Scenes

We present an optimized pruning algorithm that allows for considerable geometry reduction in large botanical scenes while maintaining high and coherent rendering quality. We improve upon previous techniques by applying model‐specific geometry reduction functions and optimized scaling functions. For this we introduce the use of Precision and Recall (PR) as a measure of quality to rendering and show how PR‐scores can be used to predict better scaling values. We conducted a user‐study letting subjects adjust the scaling value, which shows that the predicted scaling matches the preferred ones. Finally, we extend the originally purely stochastic geometry prioritization for pruning to account for view‐optimized geometry selection, which allows to take global scene information, such as occlusion, into consideration. We demonstrate our method for the rendering of scenes with thousands of complex tree models in real‐time.     

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。     

交互式动态体绘制及其加速算法

体绘制三维成象法是一门新兴的3D采样数据场可视化技术，在医学成象和科学可视化领域有着极为广泛的应用，但由于3D数据量大，其使用往往受到巨大计算开销的限制，因此很多研究人员致力于静态体绘制加速算法的研究，并解决医学图象三维可视化中三维体数据显示速度与成象质量问题，因而提出了一种交互式动态体绘制算法，即从任意的视点距离和视线方向进行动态编制，并在分析其算法复杂度的基础上，提出一种新的加速算法，同时使得动态体绘制过程几乎达到实时的效果，经验证，这种算法比标准算法快4～5倍。     

Visualization of Large‐Scale Urban Models through Multi‐Level Relief Impostors

In this paper, we present an efficient approach for the interactive rendering of large‐scale urban models, which can be integrated seamlessly with virtual globe applications. Our scheme fills the gap between standard approaches for distant views of digital terrains and the polygonal models required for close‐up views. Our work is oriented towards city models with real photographic textures of the building facades. At the heart of our approach is a multi‐resolution tree of the scene defining multi‐level relief impostors. Key ingredients of our approach include the pre‐computation of a small set of zenithal and oblique relief maps that capture the geometry and appearance of the buildings inside each node, a rendering algorithm combining relief mapping with projective texture mapping which uses only a small subset of the pre‐computed relief maps, and the use of wavelet compression to simulate two additional levels of the tree. Our scheme runs considerably faster than polygonal‐based approaches while producing images with higher quality than competing relief‐mapping techniques. We show both analytically and empirically that multi‐level relief impostors are suitable for interactive navigation through large urban models.     

Real‐Time Isosurface Extraction With View‐Dependent Level of Detail and Applications

Volumetric scalar data sets are common in many scientific, engineering and medical applications where they originate from measurements or simulations. Furthermore, they can represent geometric scene content, e.g. as distance or density fields. Often isosurfaces are extracted, either for indirect volume visualization in the former category, or to simply obtain a polygonal representation in case of the latter. However, even moderately sized volume data sets can result in complex isosurfaces which are challenging to recompute in real time, e.g. when the user modifies the isovalue or when the data itself are dynamic. In this paper, we present a GPU‐friendly algorithm for the extraction of isosurfaces, which provides adaptive level of detail rendering with view‐dependent tessellation. It is based on a longest edge bisection scheme where the resulting tetrahedral cells are subdivided into four hexahedra, which then form the domain for the subsequent isosurface extraction step. Our algorithm generates meshes with good triangle quality even for highly non‐linear scalar data. In contrast to previous methods, it does not require any stitching between regions of different levels of detail. As all computation is performed at run time and no pre‐processing is required, the algorithm naturally supports dynamic data and allows us to change isovalues at any time.     

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。