基于样图的木材体纹理绘制方法

传统的体纹理绘制方法采用函数模型定义体纹理空间的颜色,模拟不同的纹理特征需要反复调整与测试相关参数,且在多数情况下不能获得令人满意的结果.以木材体纹理绘制为例,提出了一种基于样图的体纹理绘制新方法.该方法针对木材纹理的结构特点构造样图空间与体纹理空间的几何映射关系,采用木纹样图的像素纹理值定义体纹理空间的颜色.实验结果表明,绘制的纹理不仅较好地模拟了木纹样图中的纹理特征,而且在物体各表面交界处保持连续.由于纹理样图可根据用户需要任意选取,基于样图的体纹理绘制方法显著提高了计算机生成木纹的真实感与多样性.     

基于Wang Tiles的几何纹理合成

提出了一种基于Wang Tiles的几何纹理合成方法来在不同物体表面上即时地生成几何纹理.首先根据给定的几何纹理预计算出一组Wang Tiles,然后用这组Wang Tiles在不同的目标物体上即时生成新的几何纹理.尽管基于Wang Tiles的方法已经应用于图像纹理,但由于几何纹理采用了与图像纹理完全不同的表示方式,因此需要用完全不同的方法来处理.采用了基于约束的几何纹理合成技术自动生成几何纹理Wang Tiles,从而保证了生成的几何纹理Wang Tiles在所有排列下都能保持其几何连续性.与现有的方法相比,生成的几何纹理Wang Tiles可以重用到不同的目标物体上,同时占用的存储空间及计算量更小,速度更快.     

利用形体特征的铅笔素描画生成

铅笔素描是以单色线条来表现物体的艺术。画家观察物体的形体结构,以线塑型表现物体明暗层次和形体特征。为了表现物体的立体感,提出一种利用形体特征的铅笔素描画生成方法。首先对图像进行双边滤波处理,去除图像微小细节;然后由亮度图像计算其向量场,根据物体的形体特征对向量进行平滑,使其符合原图像的形体特征;最后利用线积分卷积的方法生成铅笔素描纹理,调整明暗对比后得到铅笔素描的效果。实验结果表明,该方法能有效地绘制铅笔素描的立体感和明暗关系。     

飞行器表面矢量场数据动态纹理可视化方法

面向飞行器表面流场数据可视化的应用需求,提出一种基于线性卷积（LIC）及纹理平流（IBFVS）相结合的动态纹理可视化方法。算法通过将IBFVS方法的背景随机噪声替换为LIC纹理方式,结合了LIC纹理结果对比度高及IBFVS方法生成速度快的优势;针对LIC绘制速度慢的不足,利用GPU对曲面矢量场投影并插值,生成规则矢量数据场;用GPU对LIC部分进行并行加速,有效提高了LIC纹理图像产生速度;将LIC结果图像加入到IBFVS进行平流,生成纹理图像,最后加入颜色映射,丰富流场信息。实验结果表明,该方法生成的飞行器表面动态纹理图像对比度高,清晰度强,实时绘制性能好。     

基于单幅图像的真实感人体动画合成

由于单幅图像缺失三维信息以及完整的纹理信息,基于单幅图像的真实感三维人体动画合成极具挑战性。针对单幅图像三维信息缺失问题,提出了一种基于SMPL参数模型的三维人体几何重建方法。该方法以单幅图像为输入,先根据输入图像人体轮廓信息变形标准的SMPL参数模型分别生成与目标轮廓一致的正反面的三维几何模型,然后利用基于B样条插值的网格拼接融合算法拼接正反面三维几何,最后为了恢复正确的手部几何,利用基于B样条插值的网格拼接融合算法,将重建后的模型上错误的手部几何用标准SMPL参数模型上正确的手部几何替换。同时,针对单幅图像中纹理缺失的问题,提出了一个称为FBN（front to back network）的对抗生成网络,用于恢复被遮挡的人体背面纹理。实验结果表明,该方法生成的具有完整纹理的人体几何能够由3D运动数据驱动运动,生成具有高度真实感的三维人体动画。     

三维离散点采样表面基于全局优化的纹理合成算法

提出了一个直接在三维离散点采样表面上进行基于全局优化的纹理合成算法．算法首先对点模型表面进行基于协方差分析的递归式聚类削分，然后通过对各初始聚类进行优化调整和区域生长，得到更为均匀的计算单元块且使相邻单元块间具有重叠区域．基于所得到的计算单元块和样本纹理，在点模型表面上建立了一个全局的纹理合成能量方程，并采用最大期卑值算法迭代优化求解出一个全局的能量最小值．在全局优化算法中，通过加入的约束条件，进而给出了点模型颜色纹理的修复算法和流引导的可控纹理合成算法．由于点模型表面离散点元的稠密性，通过对离散点元的法向基于纹理合成结果进行相应的扰动，进一步增强了表面纹理的几何粗糙感．实验结果表明，该文的算法在点采样几何表面上有效地保持了生成的纹理结构和视觉效果的连续性和平滑性，得到了令人满意的结果。     

自然雪景的构造和绘制

合成高度复杂自然场景一直是计算机图形学中的一个富有挑战性的课题。生成雪景或许更加困难，因为利用常用的造型工具，比如多边形和曲面来表达雪的形状非常不方便。该文介绍一种解决这个问题的方法，这种方法采用位移映射（displacement mapping）来构造近处由多边形构造的物体上的雪块，而体纹理映射（volumetric texture mapping）被用来处理远处的复杂物体，比如树木。绘制结果显示，这种方法能够在较少的内存和计算开销的基础上绘制出高度复杂和真实的雪景。     

一种改进的基于几何和纹理混合简化的快速绘制算法

文中对离视点较近的物体采用几何简化技术,对于距离较远的物体用纹理表示方法,在视点发生变化时,能进行几何－纹理相互转换。转换时,通过对纹理投影面后的几何插值,生成退化几何,实现几何－纹理间的光滑过渡。该算法的一个特点是结合了几何和纹理细节层次的思想,最后通过图例说明了所提出方法的有效性。     

全局光照环境中的逆向绘制

提出一种恢复场景中所有物体的反射特性的方法.算法以一个全景图、场景的完整几何模型和光源信息为输入,结果是场景的一个完整反射模型.恢复是以逐步求精的方式进行的.先假定物体表面是漫反射面并生成一幅全景图,然后算法逐步迭代,比较绘制的全景图和原始全景图,如果有的物体的误差超过某个阈值,算法为他们选择更负责的反射模型.最后,场景中的每个物体有了一个合适的反射模型,可以在新的光照和视点条件下绘制,旧的物体可以从场景中移去,新的物体可以添加到场景中.对漫反射、各向同性反射和各向异性反射纹理面的纹理恢复也作了深入研究;高光和阴影的影响也能基本去除.     

一种利用附加纹理信息进行三维喷绘的方法

针对三维透视投影视图中对三维物体表面纹理直接进行喷绘,以获得复杂纹理图这一计算机图形交互技术这一新问题,研究了一种将纹理图的象素位置信息转换成彩色信息,然后利用纹理映射将纹理坐标连同该点上的颜色值一起传递到与屏幕象素对应的可见点上的方法,其中颜色值依该点处的入射光线方向和表面法向被进一步转换为光强值,而纹理坐标则被解码后还原成与该可见点对应的纹理坐标,被存入信息缓冲器中,供以后使用,通过解码,可根据屏幕点直接得到纹理象素点的坐标,经过算法优化,实现了对三维物体表面纹理的实时喷绘;同时阐述了在三维图象生成技术中使用附加纹理信息的应用实例以及相关定义。     

A generic and scalable pipeline for GPU tetrahedral grid rendering

Recent advances in algorithms and graphics hardware have opened the possibility to render tetrahedral grids at interactive rates on commodity PCs. This paper extends on this work in that it presents a direct volume rendering method for such grids which supports both current and upcoming graphics hardware architectures, large and deformable grids, as well as different rendering options. At the core of our method is the idea to perform the sampling of tetrahedral elements along the view rays entirely in local barycentric coordinates. Then, sampling requires minimum GPU memory and texture access operations, and it maps efficiently onto a feed-forward pipeline of multiple stages performing computation and geometry construction. We propose to spawn rendered elements from one single vertex. This makes the method amenable to upcoming Direct3D 10 graphics hardware which allows to create geometry on the GPU. By only modifying the algorithm slightly it can be used to render per-pixel iso-surfaces and to perform tetrahedral cell projection. As our method neither requires any pre-processing nor an intermediate grid representation it can efficiently deal with dynamic and large 3D meshes.     

Real-time rendering of large-scale static scene

In virtual simulation application, it is often necessary to use Open GL to render large-scale 3D static scenes including urban architectures. Each scene unit generally has individual vertex data and texture. For large-scale data set, it is hard to render all scene units simultaneously. We need to render part of the scene separately, which is called the scene partition and culling. In general, we partition the whole scene into different units on the CPU. We present a scheme that optimize the GPU rendering pipeline to cull the large-scale static scene, which will reduce the CPU suspending time and take full advantage of GPU computing advantages to speed up the rendering efficiency.     

基于几何与图像混合绘制中的快速WARP变换算法研究

基于几何与图像的混合绘制中，3D Warp算法以严格的数学变换为基础，从而能够保证准确的投影关系，但该算法在实时绘制阶段需进行大量的数学运算，故其时间复杂度较高，该文提出了一种新的快速Warp变换算法，算法以3D Warp算法为基础，采用了崭新的投影过程，从而使时间复杂度较3D Warp算法有较大幅度的下降（降低约7．51倍）。同时，该算法是一种流水结构，能够有效利用现有的加速硬件，而无需改变图形硬件的体系结构。     

基于3D WARP的混合绘制算法研究

几何绘制（GBR）是传统计算机图形学的研究内容,随着计算机图形学的发展,图象绘制（IBR）成为研究热点,两者各有其优缺点,其中,GBR具有绘制自由度大,速度慢等特点,需占用大量系统资源,而IBR则正好相反,因此,寻找一种能够结合GBR与IBR优点,而又能克服其缺点的方法是必要的,为了使几何绘制和图象绘制能够实现有机地结合,提出了一 种全新的“基于几何与图象的混合绘制（Geometry and Image-Based Hybrid Rendering,GIBHR)”方法,并分析了GIBHR的研究内容,同时给出了GIBHR的绘制流程,在此基础上,将IBR领域的3DWARP 法在几何绘制领域进行了进一步拓展与推论,证明了其可行性和有效性,提出了一种基于3DWARP的混合绘制算法,最后对算法进行了实验,结果表明,该算法在提高几何绘制速度方面具有明显优势,且具有空间反走样能力。     

Solid texture synthesis for heterogeneous translucent materials

We present a method to synthesize solid textures from heterogeneous translucent materials that have a complex pattern and subsurface scattering effect. A solid texture provides consistent texture throughout the volume, so that it can be used to model the texture on an arbitrary geometry. However, solid texture synthesis requires a huge amount of time to generate the volume. Moreover, a synthesized solid texture acquires only the color information from an input exemplar. Therefore, it has been difficult to render the appearance of a translucent object realistically without additional appearance data. In this paper, we introduce a new search method to accelerate synthesizing of solid textures. This method decomposes the candidates in an exemplar into several subgroups and searches for the best similar neighborhood in each decomposed subgroup. We also apply subsurface scattering effects to the shell layer of a synthesized object for realistic rendering of a translucent solid texture. Experimental results show that our rendering method can produce realistic rendering results for various heterogeneous translucent objects. It can also represent cross-sections of an object realistically without reconstructing the texture and surface geometry.     

Relief texture from specularities

In vision and graphics, advanced object models require not only 3D shape, but also surface detail. While several scanning devices exist to capture the global shape of an object, few methods concentrate on capturing the fine-scale detail. Fine-scale surface geometry (relief texture), such as surface markings, roughness, and imprints, is essential in highly realistic rendering and accurate prediction. We present a novel approach for measuring the relief texture of specular or partially specular surfaces using a specialized imaging device with a concave parabolic mirror to view multiple angles in a single image. Laser scanning typically fails for specular surfaces because of light scattering, but our method is explicitly designed for specular surfaces. Also, the spatial resolution of the measured geometry is significantly higher than standard methods, so very small surface details are captured. Furthermore, spatially varying reflectance is measured simultaneously, i.e., both texture color and texture shape are retrieved.     

Visual saliency guided textured model simplification

Mesh geometry can be used to model both object shape and details. If texture maps are involved, it is common to let mesh geometry mainly model object shapes and let the texture maps model the most object details, optimising data size and complexity of an object. To support efficient object rendering and transmission, model simplification can be applied to reduce the modelling data. However, existing methods do not well consider how object features are jointly represented by mesh geometry and texture maps, having problems in identifying and preserving important features for simplified objects. To address this, we propose a visual saliency detection method for simplifying textured 3D models. We produce good simplification results by jointly processing mesh geometry and texture map to produce a unified saliency map for identifying visually important object features. Results show that our method offers a better object rendering quality than existing methods.     

运用层次纹理映射的基于图像绘制算法

提出一种基于图像绘制(image-basedrendering,简称IBR)的算法,以发挥图形卡的纹理映射功能,并能表现物体表面的三维凹凸细节.首先将深度图像的像素按其相关深度分为多层纹理图像,然后利用纹理映射的硬件支持,将这些层次纹理图像依次投影到与视点相关的成像面上,以得到所需目标图像.为了避免目标图像上出现空洞,在生成时,将纹素在深度层次上进行扩展.由于层次纹理图像需要较大的存储空间,并且在装入纹理缓冲时要花费大量时间,为此还提出一种基于压缩层次纹理图像的目标图像生成算法.实验表明新算法是有效的,尤其适于处理与整个物体大小相比深度层次不太多的三维景物,如有表面凹凸纹理(浮雕、门窗等)的建筑物表面等.