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.     

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OpenGL的像素光照计算技术

首先介绍了基于像素的光照计算的理论基础；然后通过与基于顶点的光照计算技术的比较，分析了其优缺点；最后将其与新一代的硬件相结合，通过对基于像素计算的点光源的实现，展现了其在OpenGL下的强大功能和应用前景。     

描述凸凹纹理的改进方法

凸凹映射是仿真物体表面粗糙细节,使其在光照下具有三维显示效果的一种纹理映射技术,其中高度图描述了物体的粗糙质感.而现有高度图生成过程中,为了得到纹理图像像素高度值的正确描述,需要反复实验得到一些经验值,计算量比较复杂;且又过分地夸大纹理的凸凹表现.降低了绘制效果的真实感.为此,文中提出一种简便的描述图像凸凹细节信息的方法,引入"凸凹图"的概念,代替高度图用于凸凹映射.实验证明,"凸凹图"用于凸凹映射得到的绘制效果比传统凸凹纹理映射绘制的效果更贴近原始图像的视觉效果.     

基于球面调和函数的漫反射表面快速光照技术的研究

基于图像的光照是计算机图形学中一个新的研究领域。本文研究了一种基于球面调和函数理论的快速光照技术,此方法采用三阶球面调和函数近似估计理想漫反射物体表面的光亮度,以此实现物体表面光亮度的计算。实验结果表明,本算法能够实现真实感图像的实时绘制。     

一种云场景的实时渲染方法

探讨了真实感云场景的模拟技术,设计了一种云场景的实时渲染方法。基于Perlin噪声建模生成云浓度图,并采用考虑浓度的Phong光照模型与单向散射光照模型,分别计算反射光和透射光,改善了传统方法无法真实反映不同角度太阳光照的问题,实现了不同时段动态云场景的绘制。通过引入基于GPU的Bumping纹理算法与Render-to-Texture技术,极大提高了云场景的渲染速度。实验结果进一步表明该方法能够同时满足真实感与实时性两个方面的要求。     

基于顶点编程的三维纹理硬件体绘制算法

为克服图形硬件对传统纹理映射体绘制的限制,提出并分析讨论了采用顶点编程来有效地实现基于纹理的体绘制中的切片组与包围盒相交过程的方法。这种新颖的技术能保证顶点处理器、片段处理器与内存宽带间工作量的平衡。同时,通过对梯度的实时计算来减少在传统纹理映射体绘制中巨大的内存消耗。最后应用这种技术结合空区域跳跃技术,有效地去除了体数据中的空区域,降低了硬件的负载,加速了体绘制的过程。测试表明对较大规模的体数据,该算法能较大地提高性能。     

一种基于GPU的大规模水面实时模拟方法

大规模水面的实时模拟一直是虚拟现实技术中的一个研究热点。在各种虚拟场景中,绚丽逼真的实时的水面效果可以大大增强场景的真实感和沉浸感。采用高度图和增加随机扰动的方法实现动态水面的建模,为了增加水面效果的逼真度,结合使用了纹理映射、色彩融合以及动态纹理技术,实现了具有波纹、反射、折射和水面流动等水面效果。为了加快渲染速度,利用可编程图形硬件的强大计算能力,将顶点法向量计算,水面发射折射等需要大量计算的步骤,通过GPU编程的方式实现。较传统的基于CPU的水面模拟,本文试验结果不仅真实感比较强,渲染速度更是有了很大的提高,说明本文算法的可行性和在渲染速度上的优越性。     

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。     

日光照射场景真实感图形的混合绘制方法

由于日光模型的复杂性,逼真地绘制日光照射下户外场景的真实感图像是一个困难的问题。目前的绘制方法或者因为采用的模型过于简单而真实感程度差,或者绘制过程过于复杂耗时而影响其应用。应用图像相似度理论,提出了一种综合使用基于几何和基于图像的混合绘制方法。绘制过程分为两步,首先,使用简单的光照模型近似绘制场景,然后,采用基于图像的绘制和处理方法补充第一步无法表现的效果。由于采用了基于图像相似度理论的方法,能够克服基于图像绘制技术需要处理巨大数据量的缺点。用这种两步法绘制自然光照下的户外景物,只需要简单的光照模型和物体材质属性以及很少的数据存储量。该方法在真实感程度、绘制速度和数据存储量三者间取得了比较好的平衡,绘制建筑物的实验证明了方法的有效性。     

面向移动设备的可编程三角形建立引擎

提出一个面向嵌入式平台的可编程三角形建立引擎,用来代替图形处理器中专用的固定功能的硬件引擎。该引擎采用3路并行的SIMD架构,S15.16定点数据通路,具有旁路功能的8级流水线结构和高精度的特殊功能单元。这些结构特性有效地提高了运算速度,降低了硬件成本。实验结果表明,通过编程实现自定义光栅算法,在Xilinx FPGA Vertex2P xc2vp30-7ff89上的综合频率达到78 MHz,综合资源为3 354个Slice,硬件消耗较少,能够满足嵌入式环境下的实时绘制。     

MIMO OFDM系统中一种V-BLAST检测算法的FPGA实现

给出了一种V-BLAST检测算法的FPGA实现方案,该算法基于Greville求伪逆的方法。设计主要考虑了流水线操作和并行度处理。算法在Xilinx公司的Vertex Ⅱ Pro系列FPGA中实现,在B3G TDD MIMO OFDM系统硬件平台上进行了验证,性能良好。     

基于Galois线性反馈移位寄存器的随机数产生

随着FPGA计算能力的不断提高,使用FPGA进行计算加速的研究越来越多。在这些加速对象中,有许多应用都需要使用到随机数生成器。本文应用Leap Forward方法,提出了一种基于Galois类型线性反馈移位寄存器产生随机数的硬件结构。详细分析了该硬件结构中转换矩阵的特征,给出了提高工作速度和减小硬件面积的方法。应用该硬件结构,本文在Xilinx Vertex 6 FPGA上设计实现了16位输出的随机数产生器。实验结果显示,该随机数产生器仅使用了6个slices资源,工作速度可以达到951MHz,产生随机数的吞吐率可以达到15.2Gbps。文中使用K-S方法对所产生随机数的质量进行了检测,并给出了所产生的105个随机数的CDF曲线与理论CDF的比对结果。     

基于数据修正的实时阴影反走样算法

基于百分比渐近滤波（PCF）算法，提出一种改进的实时阴影反走样算法——数据修正PCF算法，其主要思想是在双线性插值滤波前对插值的数据进行必要的修正，从而消除阴影中的一些锯齿形走样现象．该算法利用像素渲染器PS2．0在图形硬件上实现．从实例图片可以看出，文中算法产生的许多阴影边界走样现象得到了明显的改善．     

基于OpenGVS4.3的光照效果研究

随着计算机软、硬件性能的不断提高和优化，在实时三维视景仿真中，光照效果已经成为一个越来越受到人们关注的特效，光照效果的好坏已经成为影响视景仿真逼真程度的重要部分。该文就是以Visual C＋＋6．0为开发平台，使用基于OpenGL的三维视景引擎OpenGVS4.3模拟出夜间光照效果，提高三维视景仿真的逼真度。该文所实现的光照效果分为静态光照效果和动态光照效果，静态光照主要用于场景中固定光源的照明方面，动态光照效果采用位置同步和方向同步算法模拟车辆大灯、机载探照灯等运动物体上光源的照射效果。     

基于AMBA总线的SoC平台的设计和验证

SoC是大规模集成电路发展的必然趋势。完整的SoC平台包括硬件平台和软件平台,硬件平台上运行软件,软件平台又可以进一步验证硬件平台。本文设计了一个基于AMBA总线的SoC硬件平台,并以μClinux操作系统为基础构造软件平台。通过软硬件协同验证的方法,验证了平台的可靠性。该平台已在HDTVSoC设计中得到应用。     

CUDA和OpenGL互操作的实现及分析

CUDA和OpenGL互操作的基本方式是使用CUDA生成数据,再利用OpenGL在屏幕上绘制出数据所表示的图形。两者的结合可以通过使用OpenGL的PBO(像素缓冲区对象)或VBO(顶点缓冲区对象)两种方式来实现。描述了CUDA和OpenGL互操作的步骤并展示了一个使用PBO的实例。该实例运行结果表明,互操作的方式比单纯使用OpenGL方式快了7~8倍。     

A low energy intra prediction hardware for high efficiency video coding

Intra prediction algorithm in the recently developed high efficiency video coding (HEVC) standard has very high computational complexity. Therefore, in this paper, we propose pixel equality and pixel similarity based techniques for reducing amount of computations performed by HEVC intra prediction algorithm and, therefore, reducing energy consumption of HEVC intra prediction hardware. The proposed techniques significantly reduce the amount of computations performed by 4 × 4 and 8 × 8 luminance angular prediction modes with a small comparison overhead. Pixel equality based technique does not affect the PSNR and bit rate. Pixel similarity based technique increases the PSNR slightly for some video frames and it decreases the PSNR slightly for some video frames. We also designed and implemented a low energy HEVC intra prediction hardware for 4 × 4 and 8 × 8 angular prediction modes including the proposed techniques using Verilog HDL. The proposed techniques significantly reduce the energy consumption of this HEVC intra prediction hardware.     

基于FPGA的递归神经网络加速器的研究进展

递归神经网络(RNN)近些年来被越来越多地应用在机器学习领域,尤其是在处理序列学习任务中,相比CNN等神经网络性能更为优异。但是RNN及其变体,如LSTM、GRU等全连接网络的计算及存储复杂性较高,导致其推理计算慢,很难被应用在产品中。一方面,传统的计算平台CPU不适合处理RNN的大规模矩阵运算;另一方面,硬件加速平台GPU的共享内存和全局内存使基于GPU的RNN加速器的功耗比较高。FPGA 由于其并行计算及低功耗的特性,近些年来被越来越多地用来做 RNN 加速器的硬件平台。对近些年基于FPGA的RNN加速器进行了研究,将其中用到的数据优化算法及硬件架构设计技术进行了总结介绍,并进一步提出了未来研究的方向。     

基于IEEE 802.15.4c TinyOS平台的移植研究

TinyOS拥有组件化编程、事件驱动机制、有效的能量资源管理等特点,在无线传感器网络操作系统当中颇受关注。然而,自IEEE 802.15.4c制定以来,TinyOS还未有工作在其标准下的节点平台。因此,文中在分析TinyOS硬件抽象架构的基础上,设计以MSP430F5419A和AT86RF212为硬件架构、以移植TinyOS为软件架构的节点平台,并针对802.15.4c研究协议栈嵌入平台的关键步骤。通过基于CTP协议的多跳组网数据传输实验,结果表明,该平台可以稳定地工作在Tiny-OS操作系统中,并在低功耗、远距离、抗干扰方面,性能较为出色。