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。     

基于高度图的三维地形生成均匀网格地形生成算法

一、引言 在三维游戏的虚拟世界中要求虚拟场景具有很高的逼真度，其中，三维地形逼真度是关键之一。然而，三维地形的生成和绘制需要巨大的计算量，实景地形的生成还需要地形数据库的支持，在运算能力非常有限的PC机中实时生成逼真的实景三维地形一直是业界的一个难题。经过多年探索，人们已经开发出一系列优秀的三维地形生成算法。本文介绍的算法是一种入门的算法，学习该算法可为系统学习三维地形生成算法打下基础．该算法复杂度较低，运算快速．生成的地形可以满足小规模地形可视化的要求。     

基于地形的三维场景绘制方法

地形绘制是计算机图形学中的一个热门的话题,在游戏制作,仿真场景的构建方面都有重要的应用。文章给出了利用位图快速生成三维地形的算法。为了满足真实感的要求,使用了多纹理映射、天空盒以及简单水纹模拟技术。     

一种基于GPU 的弹坑实时绘制方法

为解决动态地形绘制过程中高逼真性与实时性这一矛盾,提出一种基于GPU 的动 态地形实时绘制方法。首先基于Geometry Clipmaps 算法构建地形层次结构,然后在更新过程 中引入真实物理模型与过程纹理映射相结合方法,以使最终绘制的地形达到更为逼真的效果。 为验证该方法的有效性,模拟了炮弹在草地上爆炸形成的弹坑效果,并与基于ROAM 算法绘制 的弹坑效果在绘制三角形数量、平均帧速率及CPU 占用率3 个方面做了对比。实验结果表明, 所提方法能够有效减少绘制的三角形数量,并能获得较高的帧速率及逼真度,满足动态地形绘 制对于高逼真性和实时性的要求。     

大区域地形可视化技术的研究

近年来，地形场景的实时绘制已受到人们越来越广泛的关注，目前已经提出的一系列场景加速绘制算法,虽然在不同的应用场合也取得了一定的效果，但都存在着局限性，尚不能满足大区域地形环境的实时高速绘制的要求，而与其密切相关的技术主要涉及到地形多分辨率表示、海量地形数据和纹理数据的分页管理、地形和纹理数据的LOD控制、地形和纹理数据的快速存取和更新等．为了能够对地形场景进行实时绘制，在对大区域地形数据管理和实时绘制技术进行研究和试验的基础上，对构建视相关动态多分辨率模型的方法进行了改进，实现了地形模型多分辨率表示与视相关的有机结合，并提出了一种高效的场景数据存取方法，进而实现了一个整合自适应三角网剖分、地形场景数据分页管理和动态更新等相关技术于一体的地形三维可视化系统，试验结果表明，该算法能够实时绘制地形场景，且质量较好．     

面向数字地球的虚拟现实系统关键技术研究

研究了面向数字地球的虚拟现实系统关键技术，提出了多层场景引擎（MLSE）、视点相关动态多分辨率地形模型（VDDMTM）和ActiveX构件网络模型。MLSE采用层机制集成多元数据，实现场景绘制和交互。VDDMTM基于四叉树表示多分辨率地形，并结合多分辨率纹理映射，根据视点位置对大规模地形实时简化，既提高了场景绘制速度，又保留了视点相关细节。网络模型采用基于Client/Server结构的ActiveX构件方案，既满足数字地球的建模特性，又支持标准的WWW浏览器。在此基础上开发了一个面向数字地球的原型系统－虚拟地球系统VES（VirtualEarthSystem），并用于虚拟永定河和喜马拉雅山。     

利用P-Buffer模拟虚拟场景的后视镜和鸟瞰图

基于OpenGL的P-Buffer技术,将虚拟场景的后视镜场景和鸟瞰图场景实时渲染为动态纹理,将纹理映射到对应模型,最终实现了对后视镜和鸟瞰图的模拟.在鸟瞰图绘制中,对地形采用了基于Cg语言的凹凸纹理效果,进一步提高了系统的绘制效率.     

基于位图的三维地形速绘算法及其OpenGL编程

三维真实感地形是虚拟场景中的基础部分,其绘制的速度与质量是构建三维虚拟场景成败的关键.利用Visual c++环境下的MFC机制,以通用的标准三维图形函数库OpenGL为工具,通过在位图的灰度值与地形高程数据之间建立相应的映射关系,建立标准的地形高程数据组,并依托OpenGL平台快速生成了三维网格地形.为增强地形的真实逼真性,对地形网格的法向量作出多重处理,应用OpenGL的光照和纹理映射技术来生成地形的阴暗效果,最后对三维地形的整个场景进行综合编程,实现了三维地形场景的实时、快速绘制.     

面向船舶航行训练的大范围地形建模

大规模地形场景的实时绘制在虚拟现实、地理信息系统、战场仿真等领域 有着广泛的应用。为满足船舶模拟训练系统中视景仿真的需求,对大规模地形场景的建模与 实时绘制技术进行了研究。首先对比了几类常用数据插值方法,采用数据融合的方式对DEM 数据进行了插值。通过结合模拟训练的实际,提出了一种基于可见性判断的地形剔除方法, 通过放射状搜索,判断当前点是否遮挡,进而对被遮挡点进行剔除处理,可以有效减少地形 建模中无关面片,提高绘制速率。利用Google Earth 获取地形纹理,使用Terri Vista 构建三维 地形,实现了地形的三维建模。试验表明提出的方法可实现大规模地形场景的高效逼真绘制。     

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。     

基于图象绘制的虚拟现实系统环境

虚拟现实的一个重要目标是使用计算机生成逼真的视觉世界,使用户可以对虚拟世界的客体进行交互式考察．虚拟现实的实现有两种方法．传统上,用三维图形学的方法实行建模和绘制．此方法需要繁琐的建模和昂贵的专用绘制硬件,而且图形绘制的质量和场景的复杂性受到很大的限制．基于图象的绘制是实现虚拟现实系统的一种新方法．它克服了三维图形方法的缺点．本文在总结已有技术的基础上,提出一个实现基于图象绘制的虚拟现实系统模型,并据此模型实现一个实验系统及相应的图象工具．     

基于时空连贯性和几何简化技术的复杂场景快速消隐绘制算法

提出了一个结合层次遮挡图像缓存的快速消隐绘制算法,本算法首先利用空间连贯性对场景实行快速保守的消隐,对可能可见的近景、中景使用几何绘制,对可能可见的远景实现了基于图像和几何混合的加速绘制,实验表明,由于充分利用了空间连贯性和图像简化技术,本算法效果良好,可适合各种复杂度场景的快速绘制。     

聚类立即辐射度及在增强现实中的应用

提出一种聚类立即辐射度方法,以实现增强现实等领域需要高度真实感的全局光照算法来实现实时交互的绘制效果要求。为此,改进了传统的立即辐射度方法,将大量的用于表达间接光照的虚拟点光源聚类到少量的虚拟面光源中,并使用实时软阴影算法快速计算可见性。同时,借助图形硬件GPU加速场景绘制。实验结果表明,算法在增强现实环境等领域中支持完全动态场景,且在保证良好视觉效果的前提下获得了实时绘制帧率。     

一种新的三维地景库的建模方法

针对传统的模拟器计算机成像系统之不足,提出了1种新的视景系统的建模方法,即基于矢量数字地图的三维地景生成算法。该算法以矢量地图为约束,各种地表纹理作为输入样图,用矢量地图中的高程信息构建三维地形网格,并根据矢量数字地图中图元之间的不同属性映射相应的纹理,得到了与矢量数字地图相一致的三维地景。与传统的地景库生成算法相比,新算法生成的三维地景更加真实精确;解决了以往地景库一经生成就无法更改的问题;具有一定的预测和重现场景的功能;缩短了地景库的开发周期,降低了开发成本。同时,运用了基于视点的地景数据动态调度策略,可实现真实场景的实时绘制。     

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.     

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。     

平面狭缝图像场

提出了一种新的基于图像的绘制技术:平面狭缝图像场,即利用狭缝图像的集合来表示和生成场景.在分析平面狭缝图像场性质的基础上,提出了相似狭缝图像概念,从而推导出用有限采样拟合平面狭缝图像场,进而可以实时生成具有高真实感漫游场景的方法.据此提出了采样和拟合的实现.最后,提出了分段狭缝图像映射的方法,大大压缩了所用到的数据量.     

一种基于图像结构特征的实时点画生成算法

点画是一种经典的艺术技巧,其用点的形式模拟图像中色调的明暗变化,表现其 艺术特质。由图像自动生成点画是图像风格化和非真实感渲染的对象之一。为此,提出了一种 基于图像结构特征的实时点画生成算法。使用一个预计算的增量 Voronoi 序列快速生成点画所 需的采样点,通过输入图像和对应的结构特征图共同指导点画图中点的半径和色调,提高点画 图像在边缘及细节上的质量。实验结果表明,该算法生成的点画结果在视觉效果和数值误差 (SSIM)上均优于现有点画生成算法,并且在绘制速度上能够达到实时的性能,可应用于高帧率 的场景中。     

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。