一种基于照片中纹理重构三维模型的方法

如何从真实世界中获取具有真实感的三维场景模型一直是计算机图形学中的一个难点.该文给出了一种从真实世界的照片中重建三维场景模型的算法.算法根据在空间稀疏分布的不同视点处的真实场景照片中颜色纹理的一致性来建立达到照片级真实程度的三维场景模型,可用于真实世界复杂形体真实感三维模型的建立.     

三维GIS中多分辨率纹理模型的研究

在三维地理信息系统 (GIS)中 ,影像数据作为模型表面的纹理特征 ,对弥补复杂模型的几何特性以及提高三维显示的效果具有十分重要的意义 .为了提高三维模型显示的速度和效果 ,以及为了降低纹理贴图时 ,影像的数据量 ,提出了一种与观察视点相关的动态多分辨纹理模型 ,并设计了相应的数据结构用于管理纹理数据 ,另外在讨论观察视点与纹理分辨率之间关系的基础上 ,开发了基于视点的确定纹理分辨率的算法 ,以用于交互三维显示时的纹理映射 ,最后给出了部分实验结果 .实验结果表明 ,多分辨率纹理模型的映射机制可以取得较好的可视化效果 .     

纹理映射在模型优化中的应用

三维模型的构建是虚拟现实及视景仿真系统中最基本、最重要的组成部分之一。构建三维模型需考虑到场景浏览的真实感与实时性,因而需要建立一个最优化的可视化模型。本文比较了在虚拟现实系统中模型优化的方法,采用了纹理映射代替多边形建模创建高效真实感模型的优化手段,着重介绍了颜色纹理和凹凸纹理的相关理论和方法,并应用于视景仿真系统中,极大的提高了实时性,并保证了真实感。     

虚拟场景中基于LOD的树木真实感建模

树是虚拟场景中的重要的景物之一.提出了用参数化的分形方法对三维树木进行真实绘制;将分形计算产生的树木数据用数据结构储存起来;并根据视点与树模型的距离确定所需树木模型数据的层次;从而充分发挥了应用分形技术生成的树模型真实感强的优点,消除了分形计算耗时长的缺陷,保证了树木生成的真实性和实时性.实践证明,用文中方法在可漫游虚拟场景中产生三维树模型,在实时性与真实感方面均取得了不错的效果.     

基于OpenGL的纹理映射技术

自然景物的模拟是近年来计算机图形学中具有挑战性的研究方向之一。OpenGL技术是实现真实感图形模拟的重要方法之一。本文使用OpenGL的编程接口,应用纹理映射技术,实现了三维场景的真实模拟。纹理映射技术的应用能增强三维场景绘制的真实感,并能提高三维场景的渲染速度。     

基于视点互信息的树叶实时简化方法

三维树木模型在虚拟地理环境, 三维城市场景等领域中应用广泛, 但由于树木中包含丰富的几何信息, 难以对大规模的森林场景进行有效的渲染. 为此我们设计了一种基于视点互信息(Viewpoint Mutual Information, VMI)的树木实时简化方法. 在预处理中按照树枝间的拓扑关系将树木划分为具有父子关系的节点, 然后根据VMI计算每片树叶在多个视点下的平均重要度并以此对树叶进行排序, 重要程度较小的树叶在简化过程中将会被优先删除. 实时简化过程中, 我们提出了一种视点依赖的简化方法, 大大降低了需要渲染的数据量. 为了提高渲染森林场景时的性能, 我们使用了多种渲染优化措施以避免不必要的细节层次(Level Of Detail, LOD)切换.     

三维动态云模拟

云在户外场景的模拟中起着重要的作用.基于云的物理特性,在云建模方面,在三维网格单元上赋予云的速度、密度、温度等物理属性值,利用Navier-Stokes方程描述云的聚散和运动,丰富了云模型的物理特性;为了表现云的扩散作用,加入黏性项和漩涡性,更真实地表现了云的湍流效果;同时在模拟域中加入一个随机函数,实现了云在运动过程中外形的随机性和不确定性;在云渲染方面,考虑太阳光照方向和视点方向的光照强度,使用单向散射光照模型,提高了云的渲染速度.采用迭代更新纹理数据值的同时改变模拟域的世界坐标值的方法实现云的动态飘动效果.实验证明该方法生成的云真实感强,实现了三维动态云的模拟.     

纹理映射技术在三维游戏引擎中的应用

游戏引擎是游戏的心脏,它在后台控制着游戏中各个模块同时有序的工作,渲染模块是游戏引擎中最复杂,也是最能体现游戏效果的模块。纹理映射技术的应用能增强场景绘制的真实感并能提高场景的渲染速度。该文是对三维游戏引擎中的渲染模块的初步研究,首先介绍了三维游戏引擎系统以及纹理映射技术,使用OpenGL图形库实现了大环境天空盒、三维地形的贴图效果、并加入了地面建筑物,再现了真实的三维场景。介绍了纹理映射技术在三维游戏引擎中的应用及作用。     

视点相关的真实感三维风景区模拟研究与实现

提出采用八叉树组织真实山体数据,根据视点距离采用不同的细节层次LOD表示山体各部分,并结合视觉剪裁和帧间相关性进一步减少绘制的山体,达到加速三维地形的绘制和漫游的目的.使用混合纹理映射、阴影渲染技术,并加入山谷中的水面模拟,生成具有真实感的大规模三维风景场景.实验结果表明该方法有效地减少了算法复杂度,易实现碰撞检测,大大提高了绘制效率,在PC机上能实时地生成高分辨率、具有真实感的场景,完全满足VR交互要求.     

三维GIS模型的分层表示及可视化技术研究*

在分析目前三维GIS建模策略的基础上,根据矿山地质三维数据的特征,提出了三维模型的分层表示策略和基于OpenGL的可视化技术。给定原始的分层数据,结合离散网络模型自动创建控制点之间的拓扑关系,由此建立三维实体的表面模型,加载模型内部属性数据,实现到三维实体模型的转换。然后利用OpenGL造型系统对上述模型进行渲染,进行纹理、光照、消隐、阴影等计算,从而生成高真实感的三维实体模型。最后开发了一套三维GIS仿真系统,并结合实证数据进行了仿真分析。     

自动驾驶汽车虚拟测试中的树木点云生成方法

自动驾驶汽车虚拟测试已成为自动驾驶或车路协同测试评价的一个重要手段,三维激光雷达数据模拟生成是自动驾驶汽车虚拟测试中的重要任务之一,目前多采用基于飞行时间原理的几何模型方法生成激光雷达三维点云数据,该方法生成点云实时性较差。布告牌是虚拟场景中常采用的树木建模方法,由于布告牌仅由两个矩形面片即八个三角形面片组成,直接采用布告牌方法生成的三维点云数据难以反映树木的真实空间信息。针对上述问题,提出了一种基于布告牌空间变换的快速树木三维点云生成方法。以布告牌的纹理图像为依据,根据纹理透明度获取树木二维平面点云分布,经二维树木点云的轮廓提取,结合树木结构的先验知识进行旋转、随机偏移和尺度变换,以更少的三角形面片数和更小的计算代价获得树木的三维点云数据。提出了一种空间直方图三维点云相似度评价方法,将三维点云空间量化为若干个子空间,获得三维点云的投影空间直方图,采用巴氏系数计算投影空间直方图相似度,以投影空间直方图加权相似度作为点云相似度评价值。实验结果表明,基于布告牌空间变换方法和几何模型方法生成的云杉等三种树木的三维点云数据的平均相似度在90%以上,且该方法生成树木点云的时间仅是几何模型法的1%,因此布告牌空间变换树木三维点云生成方法快速且准确,可以满足自动驾驶汽车虚拟测试的性能要求。     

利用GPU实时绘制水墨画效果

系统可实时绘制中国山水画中常见的物体并生成视频输出，它包括5个模块：多通道技术和新型国画山光照模型的山峦绘制模块、基于位移映射的云层模拟、基于纹理运动的瀑布绘制模块、基于广告牌技术的树木绘制模块和实时视频输出模块．前面4个模块利用GPU可编程特性控制其流水线，对任意三维场景，可实时绘制水墨画效果；用户可根据需要对系统中的各个绘制模块进行配置并实时漫游．     

一种实现森林场景漫游的几何与图像混合绘制方法*

提出了一种基于粒子系统和Particle System API的景物模拟方法,并采用Line方式取代传统的Point方式渲染粒子,结合纹理映射方法实现了多种喷泉模拟。实验证明用该方法模拟喷泉效果比较真实,速度快,在普通微机上可以得到令人满意的效果。     

Articulated Billboards for Video‐based Rendering

We present a novel representation and rendering method for free‐viewpoint video of human characters based on multiple input video streams. The basic idea is to approximate the articulated 3D shape of the human body using a subdivision into textured billboards along the skeleton structure. Billboards are clustered to fans such that each skeleton bone contains one billboard per source camera. We call this representation articulated billboards. In the paper we describe a semi‐automatic, data‐driven algorithm to construct and render this representation, which robustly handles even challenging acquisition scenarios characterized by sparse camera positioning, inaccurate camera calibration, low video resolution, or occlusions in the scene. First, for each input view, a 2D pose estimation based on image silhouettes, motion capture data, and temporal video coherence is used to create a segmentation mask for each body part. Then, from the 2D poses and the segmentation, the actual articulated billboard model is constructed by a 3D joint optimization and compensation for camera calibration errors. The rendering method includes a novel way of blending the textural contributions of each billboard and features an adaptive seam correction to eliminate visible discontinuities between adjacent billboards textures. Our articulated billboards do not only minimize ghosting artifacts known from conventional billboard rendering, but also alleviate restrictions to the setup and sensitivities to errors of more complex 3D representations and multiview reconstruction techniques. Our results demonstrate the flexibility and the robustness of our approach with high quality free‐viewpoint video generated from broadcast footage of challenging, uncontrolled environments.     

基于结构化粒子模型的云可视化应用

云数据的三维可视化模拟一直是计算机图形学和气象科学领域的研究热点。提出了基于WRF模式数据的建模与渲染技术,以实现真实云数据三维可视化模拟。针对粒子系统建模复杂、实时性差的问题,首先通过计算云粒子之间的相互关系建立结构化粒子模型,实现WRF云数据的建模;然后利用光照模型和公告牌技术对建模粒子进行光照渲染和三维模拟,同时结合Imposter技术提高纹理绘制速度和效果。实验仿真结果验证了该方法在提高云数据的建模与渲染速度,提高云三维可视化的逼真度方面的有效性。     

基于图像序列的虚拟场景重建和漫游

基于图像的建模和绘制方法与基于传统的几何绘制方法相比有很多优点,但是在场景几何参数未知的情况下,要实现单幅图片和图像序列的漫游,难度很大.TIP（tour into a picture）技术使得在一幅图像中漫游成为可能.为了实现场景几何参数未知情况下的场景漫游,在对TIP技术进行扩展的基础上,提出了一种能够在未知视点路径的图像序列中实现场景漫游的方法.这种算法在相机未定标的情况下,不仅解决了图像序列建模和场景漫游过程中前后图像场景不能平滑过渡的问题,并且扩大了TIP中视线方向变化的动态范围,从而在保证图像质量的情况下,实现了由图像序列到场景的无限制漫游.实际图像序列的实验结果表明,该算法是有效的,具有实际应用价值.     

三维结构真实遥感像元场景的生成

遥感像元场景模型是遥感机理研究的关键组成,通过调查光与遥感像元场景的相互作用,可以帮助人们理解遥感信号产生的机理,并验证遥感物理模型。从植被野外测量、三维结构真实遥感像元场景的参数化描述、场景数据结构、场景生成方法和流程等方面阐释了遥感像元场景模型。植被的野外测量和统计是结构真实场景的基础;场景生成方法为：（1）使用L系统生成结构真实植株,进而生成遥感像元场景;（2）按统计规则直接生成遥感像元场景。试验表明该遥感像元场景模型可以生成符合遥感像元统计规律的三维场景,是准确和便捷地计算光与植被相互作用的可靠基础。     

Computing Dynamic Changes to BSP Trees

This paper investigates a new method for dynamically changing Binary Space Partition (BSP) trees. A BSP tree representation of a 3D polygonal scene provides an ideal data structure for rapidly performing the hidden surface computations involved in changing the viewpoint. However, BSP trees have generally been thought to be unsuitable for applications where the geometry of objects in the scene changes dynamically. The purpose of this paper is to introduce a dynamic BSP tree algorithm which does allow for such changes, and which maintains the simplicity and integrity of the BSP tree representation. The algorithm is extended to include dynamic changes to shadows. We calibrate the algorithms by transforming a range of objects in a scene, and reporting on the observed timing results.     

图形图像融合的海量建筑绘制

目的 城市3维模型数据海量且结构复杂,缺乏一个高效完善的可视化系统往往是影响数字城市应用的瓶颈之一。通常利用多层次细节（LOD）与调度算法减少每一帧绘制的数据量来提高绘制效率,当场景规模足够大时,即使采用复杂的优化算法也难以取得较好的效果。为此,本文在传统算法基础上,提出一种图形图像融合的海量建筑物场景绘制方法。方法 提出并采用视域分级绘制策略,将视椎体平行分割为感兴趣区域、次感兴趣区域和非感兴趣区域,感兴趣区域采用图形实时绘制方法,使用离屏渲染技术将次感兴趣和非感兴趣区域绘制在纹理图像中,每一帧绘制完成后将二者进行顾及深度信息的融合,实现完整场景渲染。结果 使用公开的纽约市区CityGML文件作为实验数据,数据包含了118 195个LOD1和LOD2级别的建筑物模型。分别构建多组不同建筑数量的场景进行帧率统计实验,绘制帧率都达到20帧/s以上。算法实现了视觉无损失的场景完整渲染,并与Cesium平台进行对比实验,证明算法有效且系统运行流畅。结论 图形图像融合的绘制方法,既保持了图形渲染的漫游连续性,同时也具有图像渲染的场景复杂度无关的优点。实验结果表明,针对大规模的低分辨率建筑模型场景,算法可以有效提高系统的渲染能力,在性能相对较低的硬件条件下也能实现海量建筑物实体模型的流畅漫游,并达到视觉无损失的场景完整绘制。