基于优化八叉树的场景视锥体裁剪算法

大体量3D模型容易导致浏览器端渲染帧数低、显示卡顿及资源消耗大等问题,其原因是这类模型通常包含数以亿计的三角面片,在有限的时间内无法实现快速加载与渲染。针对此类问题,提出一种基于优化八叉树的场景视锥体裁剪算法。该算法采用地址码（Morton码）、节点视距标准和按需增量划分技术,使得八叉树具有自适应性与良好的压缩效率;采用双层包围体和基础相交测试技术,提高视锥体裁剪的精确性,整体上实现提升渲染帧数、显示流畅的目标。高速列车实例模型研究表明,与传统八叉树视锥体裁剪算法相比,所提算法平均渲染帧数上提高了约14帧,空间压缩率提高了37.8个百分点。     

面向动态流程工厂模型的快速分层层次细节法

分析了现有基于面片的分层层次细节算法在处理大规模动态流程工厂模型时存在的预处理时间过长、更新操作耗时等不足.提出一种新的基于基本体元的快速分层层次细节方法.该方法在体元级别对设备和元件进行聚合,对管线进行分割,建立场景图,然后基于几何参数和形状特征计算各体元的层次细节.利用管子及其元件的拓扑连接关系构成"组合管子",在体元级别对其进行合并简化.实验结果表明,对具有10M左右面片复杂度的动态流程工厂模型,该方法在普通PC机上能够在保证一定绘制质量的前提下将模型绘制速率平均提高3倍左右,并且将预处理时间控制在7min以内.     

网络环境下基于外存的大规模流程工厂模型交互绘制

现有的基于网络的远程绘制系统在绘制过程中对网络带宽和时延具有较强的依赖性,为了获得较高的绘制速度,需要耗费大量的预处理时间和存储空间.针对网络环境下模型的设计校审工作对预处理时间、绘制速度和图像质量的实际需求,提出一种基于外存的大规模流程工厂模型交互绘制算法.绘制前,首先从服务器端获取模型的几何参数和拓扑信息;然后根据流程工厂模型特征,在客户端以设备和管线为基本单位组织外存数据,采用体元合并的方法快速完成模型层次细节的计算和存储.分析了校审内容和校审人员的运动习惯,并将其与基于视点可见性的预取算法相结合,在本地实现外存数据的高效预取,且绘制过程中无需传输模型面片信息.实验结果表明,文中方法在普通PC机上能够将具有21 M左右面片模型的预处理时间控制在5 min以内,在保证校审所需图像质量的前提下取得平均30帧/s的平稳帧速,且绘制过程不依赖网络带宽和时延.     

一种视点相关的大规模地形快速实时生成算法 *

为了解决大规模地形实时漫游过程中,由于不同细节层次模型之间过渡而引起的图像跳变以及图像绘制帧率不高的问题,提出了自底向上的一次性整体构网,网格节点实时更新的建模策略。运用基于块和三角形面片的混合裁剪模式 ,结合简化的高度差投影计算方法,快速选取适合的地形节点 ;然后采用加点、删点、局部更新三种途径对 Delaunay地形三角网进行实时更新。同时在地形漫游过程中实现了对高度差投影限的自适应控制。仿真实验表明,该算法有效地避免了图像跳变现象,与同类算法相比 ,具有较高的图像绘制帧率,特别适合大规模地形的近距离     

3D多层次模型简化算法的研究

细节层次模型(LOD)是指对同一个场景或场景中的物体,使用具有不同细节的方法得到一组模型,供绘制时使用.建立LOD模型能很有效地降低数据量和复杂度,实现三维场景的实时处理.以研究多层次细节模型快速生成算法为目的,在分析当前多层次细节模型生成算法的基础上,构建了三角形面片的权值计算公式,设计和实现了基于面片删除操作的LOD算法,详细描述了算法的设计,给出了算法实现所需的关键公式,最后给出了算法的应用实例和对算法时间效率的分析.此算法的最大特点是在不同的层次细节模型之间快速地平滑过渡.从试验结果和分析可见,该算法可以满足大的3D模型快速生成和交互的需要,同时也证明了算法的正确性和实用性.     

3D多层次模型简化算法的研究

细节层次模型（LOD）是指对同一个场景或场景中的物体,使用具有不同细节的方法得到一组模型,供绘制时使用。建立LOD模型能很有效地降低数据量和复杂度,实现三维场景的实时处理。以研究多层次细节模型快速生成算法为目的,在分析当前多层次细节模型生成算法的基础上,构建了三角形面片的权值计算公式,设计和实现了基于面片删除操作的LOD算法,详细描述了算法的设计,给出了算法实现所需的关键公式,最后给出了算法的应用实例和对算法时间效率的分析。此算法的最大特点是在不同的层次细节模型之间快速地平滑过渡。从试验结果和分析可见,该算法可以满足大的3D模型快速生成和交互的需要,同时也证明了算法的正确性和实用性。     

基于虚拟现实的渲染优化算法

随着虚拟现实技术的不断发展，对虚拟场景的真实度要求也越来越提高.然而在虚拟场景中，复杂的地形、大量的植被和建筑使需要渲染的数据量大得惊人，故渲染速度成为了虚拟现实技术的一大瓶颈.现有的研究并不能很好的提升虚幻引擎中的渲染速度，还会出现“突越”和对视野外模型剔除效果差的问题.本文提出一种游戏线程与渲染线程并行和双层裁剪算法.首先在虚幻引擎中将游戏线程与渲染线程并行以提升渲染速度，然后使用淡入淡出细节层次算法进行第一层裁剪，最后使用缓慢剔除算法进行第二层裁剪，提升剔除效果.实验证明，该方法与串行线程相比渲染速度提升了40%，与传统单层裁剪算法相比，帧率也达到了55.     

细节高度复杂表面模型的视点相关渐进传输

针对细节高度复杂模型的特点,提出一种视点相关的渐进传输方法.根据人的视觉特征,算法将模型表示为多分辨率的四边形参数面片和表面法向细节纹理.该算法利用法向映射提高传输和绘制的效率,然后随着视点的变化动态细化和传输当前视点下轮廓部分的参数面片信息,从而最大限度地减少了模型传输时面片的数量.参数面片的结构规则,面片之间关联性低,因此能够按任意顺序高效地传输,从而实现真正的视点相关传输,并可以采用有效的编码方法对其结构和几何信息进行压缩.实验结果表明了该算法的有效性,特别适合于表面细节复杂的表面模型的交互传输和绘制.     

硬件构件的形式化描述及其组装机制

针对构件化的路由交换平台设计,提出硬件基础构件的抽象模型及其内部处理流程的形式化描述,提取出顺序、并行、分支以及聚合4种原子组装机制,用于构建更高层次的复合构件,并推导出复合构件抽象模型及其处理流程的形式化描述,从而有利于抽象出更大粒度的构件用以组装复杂的硬件平台。     

流程工厂设计中的规则挖掘与智能预测

流程工厂设计涉及不同的工程应用背景及专业知识,大量隐含的设计规则尚未提炼,因此建模过程存在效率低、模型质量不高等问题.结合流程工厂模型的领域特性,提出一种用于挖掘工厂设计规则的频繁类型树模型.该模型以大量实例工厂模型中各构件的属性及拓扑连接关系为依据构造频繁类型树;在后续模型的构建过程中,通过对该树的查询为当前工厂设计提供实时的智能预测.实验结果表明,文中模型能够挖掘到不同工程应用背景下的隐含建模知识,在未来模型的构建过程中,利用这些知识所提供的智能预测可以大幅缩小构件选择范围,有效地提升流程工厂模型的构建效率及设计质量.     

一种基于松散八叉树的复杂场景可见性裁剪算法

针对传统八叉树方法的不足,在采用松散八叉树组织场景、利用八叉树空间划分优点的同时弥补其局限性.为提高遮挡查询效率,将子节点依视点排序,针对复杂场景采用双层裁剪技术以进一步提高性能.实验结果表明,文中算法对深度复杂度高、面片数量大的复杂场景具有较好的裁剪效率,能够很好地满足实时绘制的要求.     

面向移动终端的三维模型简化与碰撞检测方法研究

移动终端三维场景的绘制与漫游由于其庞大的模型数据量和复杂的外观形态使得实现清晰的场景快速绘制十分困难。为了加快模型的绘制,提出了一种面向移动终端的三维模型的简化与碰撞检测方法,以优化绘制过程。该方法通过二次测量误差半边折叠算法来简化三维模型,并利用八叉树技术对不能显示在屏幕中的场景进行剔除,从而实现三维场景的快速读取、组织和绘制。针对移动设备的屏幕尺寸以及计算能力等限制,实现了适用于移动平台的碰撞检测算法,减少了计算量。实验结果表明,该方法能有效地简化模型,并提高绘制效率,同时减少碰撞检测的计算时间,因而可应用于三维场景的快速逼真绘制。     

基于八叉树的三维地质剖面生成算法

针对目前构建三维地质剖面算法复杂度高、效率低的问题,提出一种基于八叉树的三维地质剖面生成算法。利用八叉树算法对传统的地质剖面生成算法进行改进,使算法在搜索过程中的时间复杂度降低至O(log8(n/M)),在算法中加入轮廓边约束,对搜索到的边进行预处理,以保证边的正确性和有序性。采用八叉树为复杂三维地质体网格模型内的三角形创建空间索引,通过八叉树快速查找出经过剖面的三角形,计算交点并追踪出轮廓边界,通过画廊看守算法对追踪出的边界三角化并构建三维剖面。实验结果表明,该算法具有复杂度低、鲁棒性强的特点,与传统的地质剖面生成算法相比,时间复杂度由O(n2)降低到O(nlbn)。     

Frustum slicing

In this paper visibility culling is integrated tightly with an octree data structure. This is done by slicing the frustum in such a way that the minimal distance from the eye to objects in a given frustum slice is twice the minimal eye to object distance of the previous slice. Then, if one has a fixed minimal detail size, i.e. a minimal spatial angle so that objects of lesser angular extensions are not rendered to the screen then, going from one slice to the next, objects must be twice as big in order to be rendered. This corresponds to traversing the octree one level less deeply. Thus the minimal detail size hugely cuts the number of nodes that the rendering algorithm must visit, a fact that becomes even more pronounced when noting that small objects are far more prevalent than are big objects. By splitting the frustum into focal and peripheral frusta and, consequently, splitting frustum slices into focal and peripheral ones, one can further take advantage of detail elision by rendering objects far from the line of sight only to some larger minimal detail size.     

采用空间分割的平滑曲面重构算法

面绘制是科学计算可视化中一个重要的研究方向，移动立方体是实现面绘制的一个重要算法，八叉树是一种有效的表示三维物体的方法，该文在八叉树生成的基础上，提出一种基于空间分割的表面重构算法，将绘制空间分别按X轴、Y轴和Z轴进行分割，生成的树的节点个数小于等于8个，与八叉树方法相比，减少了所生成叶结点数量，再通过移动立方体算法生成三角面片。三角面片通过平滑处理，提高了图形显示质量。     

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.     

GPU-based radial view-based culling for continuous self-collision detection of deformable surfaces

We propose a graphics processing unit-based approach to accelerate the radial view-based culling method for continuous self-collision detection of deformable surfaces. The deformable surfaces may have small round-shaped holes and ghost triangles are used to fill the holes. We identify the key processes of the radial view-based culling method, including triangle classification, traversal of bounding volume hierarchies and handling violated triangles (i.e., the triangles intersecting with ghost triangles). We propose efficient parallel processing techniques to perform these key processes on a programmable graphics unit. We have evaluated our proposed approach on several examples. Experimental results show that our approach significantly cuts down the cost of the key processes of the radial-based culling method, compared with the serial implementation on CPU.     

运用改进的八叉树算法实现精确碰撞检测

提出一种精确碰撞检测算法,通过计算空间多面体之间距离实现碰撞检测功能.在计算2个多面体之间距离时,运用空间层次划分技术高效地寻找多面体中充分接近的三角面片,然后在这些三角面片中进行距离计算,以提高算法效率;同时运用改进的八叉树层次分割算法,与基本八叉树算法相比,减少了算法的空间复杂度.文中算法已经在超导Tokamak实验装置（EAST）虚拟装配仿真系统的碰撞检测模块中得到应用,通过实验比较,证明了该算法的可行性.     

基于面向对象八叉树的飞机虚拟维修场景渲染

为了加速大规模虚拟场景的渲染速度,采用基于面向对象八叉树的方法对场景进行渲染。该方法将面向对象技术与传统八叉树技术相结合,采用面向对象八叉树剖分虚拟场景,对场景进行管理;将物体结构树的最小零部件作为最小存储单元,采用叶节点保存对象信息,减小树的存储量和处理时间,降低算法的计算负担;在面向对象八叉树的基础上,采用模型遮挡裁剪算法对位于视域范围内的模型进行遮挡裁剪,减小实际渲染的物体数量,提高渲染速率。通过对飞机虚拟维修场景进行渲染实验,证明了该方法的有效性。     

针对多并发三角形二度循环结构的过程模型挖掘方法

为了在不完备的日志中挖掘含有多并发的三角形二度循环结构的过程模型,在扩展Alpha算法的基础上提出AlphaMatch算法。该算法可以在不包含重复行为序列的日志中,将两个活动匹配成三角形二度循环,并挖掘出含有多并发三角形二度循环的过程模型。首先,根据活动数量关系将构成三角形二度循环的活动分为两类;然后,再根据活动位置关系,使用三角形二度循环活动的首尾标记位置矩阵匹配这两类活动,并且给出足迹矩阵显示活动之间的关系;最后,在ProM平台上进行了大量仿真实验,从模型正确性、挖掘效率、拟合度和精确度四个角度验证了算法能有效挖掘含有多并发的三角形二度循环的Petri网模型。