基于BSP树的启发式阴影生成算法

阴影的生成在虚拟现实领域一直是个难题,特别是针对动态光源的大规模场景,目前还没有较成熟的阴影算法。通过对现有阴影生成算法和场景组织算法的研究,该文提出了基于二维空间分割树(BSP树)的启发式阴影生成算法:首先创建场景BSP树,随着观察者视点的改变,选取视剪裁体内的节点创建以光源为视点的遮挡体BSP树,然后通过对该BSP树的遍历拣选出阴影启发区内的物体,经过处理后BSP树只留下一些生成阴影必要的多边形大大减少了计算量,最后能够快速生成阴影。     

基于重要性采样的动态场景全频阴影实时绘制算法

由于环境光源下的柔和阴影绘制需要针对每像素对来自全景方向的上千个光源进行昂贵的可见性计算,这给实时绘制带来了巨大的挑战.在消除预计算的前提下,提出了一种环境光源下动态场景全频阴影实时绘制算法.通过基于光照强度的环境图重要性采样、场景几何信息近似采样、阴影图预滤波、BRDF重要性采样等方法,实现了环境光源下动态场景的全频阴影及其环境映射绘制.实验表明,算法可满足环境光源、场景物体及其材质动态变化的要求,并可在保证实时绘制效率的前提下,取得近似于预计算算法的绘制质量.     

基于GPU的网格模型平滑阴影的实时绘制

为了绘制边界平滑的阴影效果,增强虚拟场景的真实感,提出一种基于GPU的平滑阴影实时绘制的算法.该算法通过重新定义阴影轮廓线得到网格模型上的精确阴影轮廓边界,利用阴影体算法获得边界平滑的阴影区域;阴影轮廓线的计算生成及阴影Ⅸ域的绘制等过程利用GPU进行加速,可以实时绘制物体的阴影区域.实验结果表明,文中算法生成的阴影边界比已有算法更加平滑,并且在效率方面强于其他算法.     

采用重要性面片采样的实时全局光照

提出了一种实时全局光照的计算方法。该方法支持任意视点下动态光源的一次间接光照计算,并且物体表面材质可实时编辑,该算法预计算了各面片上的形状因子来解决遮挡问题,并记录形状因子较大的重要性面片作为间接光源。渲染时先从光源方向对场景记录了一个扩展的阴影图,包含了光源照射到的面片ID和其光通量,再根据采样好的间接光源来计算间接光照。使用CUDA,整个光照计算过程在GPU中完成,可以对静态场景进行实时渲染,并能达到逼真的渲染效果。     

多层阴影图轮廓边背投软影算法

在场景深度和物体分布复杂时,针对轮廓边背投软影算法中的可见性因子计算存在误差,从而导致过阴影和光渗等绘制瑕疵的问题,提出一种基于掩码的多层阴影图遮挡物轮廓边背投软影算法.该算法通过计算光源掩码的深度复杂函数获得更准确的可见性因子,解决了轮廓边背投软影算法中存在的过阴影问题;将光源掩码计算与多层阴影图结合以解决光渗问题,最终生成更高质量的光滑软影.实验结果表明,在保证绘制效率的前提下,文中算法可以产生更为准确、真实的软影效果.     

基于前景分割的自阴影去除算法

从视频序列中识别运动物体是计算机视觉中一项基本且重要的任务,也是从静态背景中有效地分割运动物体的一项基本要求。在视频序列中,由于阴影强度的不同以及背景梯度的变化,分割出的前景物体一般都包含自阴影。而且,自阴影在自然界中一般都是模糊且无明显边界的。在视频序列中,为了消除此类阴影,本文提出一种基于平均统计差异推论的Z检验算法。这种统计模型能处理没有光源和表面方向数目限制的复杂、实时场景。实验结果表明,该算法能有效地从分割帧中检测出自阴影。     

基于光辐射预计算的场景实时绘制算法

光辐射传输预计算对于提高场景绘制效果很关键。对光辐射传输预计算进行了研究,提出了一种基于SH的光辐射传输预计算的算法,在低频环境光照条件下实时生成漫反射物体。将光源分布函数和光辐射传输函数分别用SH进行分解,则出射光强为两者生成的系数向量点积。绘制的场景中包含了阴影,相互反射等全局光照效果。实验结果表明算法逼近程度好,绘制质量高,具有一定的实用价值。     

一种基于阴影图的实时软阴影算法

提出了一种基于阴影图技术的实时软阴影生成算法。首先为场景中遮挡物、接收面计算深度缓存，并离散遮挡物成许多微面；接着计算每个微面的阴影深度值，估计微面的可见度；最后计算微面半影范围，将软阴影图投影回场景中，得到实时软阴影。实验结果表明该算法对复杂物体在保证绘制视觉效果的同时,能达到令人满意的帧速率,从而为更复杂场景的实时软阴影绘制提供了有效的解决途径。     

基于移动增强现实的实时软阴影绘制算法

由于移动设备的计算能力和存储空间有限,基于移动终端的光照估计和实时软阴影绘制技术和研究很少,提出一种适用于移动增强现实的实时软阴影绘制算法。根据移动终端光线传感器的数值来计算光源的方向,得到模拟的点光源,在该点光源附近均匀采样得到多个虚拟光源,叠加每个虚拟光源产生的阴影效果,实时绘制出软阴影。实验结果表明,在保证移动终端良好的虚实融合效果的情况下,采用该算法具有良好的实时性,为移动终端软阴影的绘制提供了有效的解决方法。     

利用深度图优化的自然光束体构建与绘制

为了模拟由散射形成的自然光束,提出基于深度图的光束体优化构建和实时绘制算法.首先把阴影体视作特殊的光束体参与计算,实现光束被物体遮挡的光照与阴影交错的效果;其次利用深度图在GPU中消除重叠的阴影体,降低填充率,优化复杂场景中多个阴影体与光束体相交情况的绘制效果.该算法将自然光束体构建中的一部分提前到预处理中完成,另一部分在GPU内核实现,提高了效率,再结合GPU上高效的散射计算绘制出动态光源产生的自然光束效果;此外,添加了大气中因散射可见的尘埃粒子的模拟,进一步增强了真实感.对动态光源下多个场景的实验结果表明,文中算法解决了散射光束中的遮挡与阴影问题,有效地模拟了光影交错的综合效果,并具有实时性.     

基于BSP算法和模板缓存的阴影实现方法

阴影的生成在体现虚拟现实环境的真实感程度方面起着重要的作用。随着支持模板缓存的3D加速图形卡在个人计算机市场上的普及，使得用采用模板缓存的影域多边形算法来实现实时动态阴影成为可能。综合BSP算法以及OpcnGL中的模板缓存，提出了一种实时生成三维阴影的算法。     

求k邻域的体素栅格算法研究

给定一个度量空间中的一组数据点集,k邻域问题在于对于某个数据点求出按照该空间的距离度量离数据点最近的k个数据样本。目前主要有2种方法,一种是基于立方体分割形成的三维立方体体素索引数组的体素栅格(CG(CellGrid)方法,另一种方法是基于树索引结构的方法如kd-Tree等。论文主要研究经典CG方法及解决其内存消耗过多问题的两个改进方法:排序体素栅格(SCG)方法和投影体素栅格(PCG)方法。CG、SCG、PCG算法采用了改进的搜索方法,避免了传统CG算法[2-4]可能得到错误k邻域的问题。对三种算法的时空性能进行了分析比较,给出了相应的实验比较数据。     

一种视觉相关的三维图形几何压缩传输算法

通过对要传输的三维图形进行分层处理,并在接收端建立BSP二叉树,提取与视觉相关的层和可见三角形信息,使传输数据迅速减少,但又不影响接收端对敏感数据的处理和显示。     

Fully Scalable Fault-Tolerant Simulations for BSP and CGM

In this paper we consider general simulations of algorithms designed for fully operational BSP and CGM machines on machines with faulty processors. The BSP (or CGM) machine is a parallel multicomputer consisting of p processors for which a memory of n words is evenly distributed and each processor can send and receive at most h messages in a superstep. The faults are deterministic (i.e., worst-case distributions of faults are considered) and static (i.e., they do not change in the course of computation). We assume that a constant fraction of processors are faulty.  We present two fault-tolerant simulation techniques for BSP and CGM:  1. A deterministic simulation that achieves O(1) slowdown for local computations and O((log_h p)²) slowdown for communications per superstep, provided that a preprocessing is done that requires O((log_h p)²) supersteps and linear (in h) computation per processor in each superstep.  2. A randomized simulation that achieves O(1) slowdown for local computations and O(log_h p) slowdown for communications per superstep with high probability, after the same (deterministic) preprocessing as above.  Our results are fully scalable over all values of p from Θ(1) to Θ(n). Furthermore, our results imply that if pn for 0<<1 and h=Θ((n/p)^δ) for 0<δ1 (which hold in almost all practical BSP and CGM computations), algorithms can be made resilient to a constant fraction of processor faults without any asymptotic slowdown.     

Emergency resources scheduling based on adaptively mutate genetic algorithm

The emergency resources dispatch is critical in emergency relief, while it is quite difficult to achieve an optimized scheduling, adjusting to a practical situation. In this paper, an emergency resources scheduling model is built, which simulates realistic problems, this model includes multiple suppliers with a variety of resources, a single accident site and some restrictions, all these elements closing to a practical event. Then we applied an adaptively mutate genetic algorithm to figure out a superior solution, which adopts the Binary Space Partitioning tree for heuristic searching and adaptive mutation. Finally, we compare the experimental results obtained by canonical genetic algorithm and the adaptively mutate genetic algorithm, respectively. As is observed, this novel method proposed in our work has acquired better solutions than canonical genetic algorithm.     

多分辨率BSP树的生成及应用

CAD和科学可视化应用要求能够让用户对复杂场景进行交互式显示或者处理,因此,多细节层次技术被广泛应用于图形系统中以提高处理效率.通过构造一种新的BSP(binaryspacepartitioningtree)树形式来加速多细节层次模型的绘制,这种技术已成功地应用于所开发的多分辨率模型编辑系统.同时,详细描述了新的BSP树结构的构造和绘制过程.     

点云数据压缩中的边界特征检测

点云数据压缩是逆向工程产品建模中必要的数据预处理手段之一。常见的数据压缩算法未考虑点云边界数据点的保留问题，因此在大比例压缩过程中会出现边界数据丢失的情况，从而破坏了数据的完整性。为此，提出了一种利用点云数据小邻域内点的相邻关系来检测边界特征点的算法。该算法能检测出点云数据的内、外边界特征点，同时对边界上的点进行排序，检测出边界特征点中的过渡点，最后构建点云轮廓的边界多边线。该算法不仅能满足在点云数据压缩过程中检测并保留边界特征点的要求，而且生成的边界多边线也为后面的3维模型重建奠定了基础。     

三维场景漫游中碰撞检测问题的研究与实现

碰撞检测问题是三维场景漫游的技术难点。论文在对国内外已有碰撞检测算法进行分析比较的基础上,针对三维城市景观系统的数据特点,提出了基于回避三角形分割的二叉空间分割算法的碰撞检测算法。经实践证明,该算法对于场景漫游过程中产生的碰撞问题,可以进行快速有效地检测。     

面向交互的场景外存调度和空间剖分算法

提出了一个新的面向交互操作的三维模型数据外存调度算法,该算法解决了基于外存三维模型数据难以进行添加、删除、平移等交互操作的问题.同时,文中还提出了双层的BSP空间剖分结构,在交互操作的过程中,保持每个物体的BSP树不变,自适应地更新整个BSP场景绘制加速结构,使得交互操作不会降低场景的绘制加速空间削分结构的使用效率.     

虚拟场景中碰撞检测技术研究

碰撞检测技术对于虚拟场景的逼真度起着致关重要的作用。论文分析了碰撞检测的基本原理，分别对空间分解法和包围盒检测法进行了阐述，提出了先用包围盒检测法排除不可能相撞的对象。再利用射线与三角面相交法确定碰撞的确切位置。这种方法有效地提高了碰撞检测的效率和场景的真实性。