基于GPU的海量城市管线高效建模与实时绘制

地理信息系统行业积累了海量基于二维矢量的管线数据,文中针对传统的基于CPU的多层次细节预处理三维建模及绘制方法存在质量和效率方面的不足,从管线二维矢量数据的形状特征出发,提出一种无需预处理的、可一次性在GPU中装载并处理城市规模管线数据的三维建模与实时绘制算法.该算法利用现代GPU可编程硬件的特性来实现,在GPU上对管线形状进行解码,在顶点着色器采用2个剪枝策略进行场景的可见性剔除计算,然后基于细分着色器对管线曲面进行多层次细节几何自动建模,全过程无需CPU干预.实验结果表明,文中算法适用于城市级别的海量管网数据,相比于已有的方法,绘制效果和多项性能指标得到了大幅提升.     

基于曲线约束的鞋楦曲面变形技术

在基于曲线长度约束的曲面变形设计方面,提出基于局部变换的约束变形算法,并与鞋楦曲面的编辑设计相结合,解决个性化鞋楦设计中的变形问题。其主要思想方法是对曲面的每一个曲线约束构造局部变换,以满足约束曲线的变形要求,再通过曲面的重新全局参数化,将约束曲线处的局部变换扩散到整个曲面。此约束变形方法与曲面的表示无关,没有采用能量优化方法来解,可以精确满足约束曲线的长度要求,算法简单高效,适用于实时编辑。     

基于量子光学的红外成像光照模型

现有的大多数光照明模型都是基于可见光波段的，它们无法模拟物体在红外波段的成像。该文提出了一种新的基于量子光学的红外成像光照明模型，该模型在传统光照明模型的基础上加了一项物体本身的量子辐射项E(ε0,T,λ1,λ2）其中λ1，λ2为探测器的两端波长，ε0为物体表面的发射率，T为物体的绝对温度。该模型同时适用于红外波段和可见光波段成像。当接收波段在可见光域且场景中物体的表面温度较低时，该模型回归为传统的光照明模型。该模型还能模拟传统光照明模型所不能模拟的现象，如钢铁在熔化过程中显示出来的不同颜色。文中最后绘制了几个不同场景下真实感较强的可见光和红外图像。     

自适应多步位移码直线绘制算法

直线绘制是光栅图形学中一个最为基本的任务,加速传统直线绘制算法有着重要的实际意义.提出了一种新的直线绘制算法.与传统的直线绘制算法不同的是,该算法将直线直接表达成一串由0或1组成的位移码,并给出一个直线位移码的快速计算公式;在此基础上,通过对直线位移码周期性的分析,提出了一种新的自适应多步绘制算法.实验和理论分析表明,该算法能够大大减少生成直线的计算量,提高直线的绘制速度.     

一般多边形网格的几何压缩

提出一个通用的一般多边形网格的几何压缩算法，针对目前三维拓扑压缩算法大都仅适用于三角网格的现状，在巳有算法的基础上，进行了有效的推广，使得对于包含任意边数多边形的网格都可以进行有效的压缩编码；另外，根据多边形网格任一多边形中的各个顶点共面的特性，提出一种顶点坐标压缩方案，该方案与上述拓扑压缩算法有机结合可以显著地减少一般多边形网格数据在网上传输所需的带宽；最后，对编码过程产生的输出流进行流程编码与算术编码相结合的混合压缩编码，从而进一步提高压缩比。     

红外目标与背景的真实感合成

目标与地面背景的真实感红外图像合成是红外场景生成和实现其虚拟实时漫游的关键技术。文中从传热学原理出发，综合考虑各种环境因素的影响，建立起地面目标（如坦克）的热传导模型，绘制出坦克在各种状态下的红外图像。根据计算出的坦克和地面接触后达到热平衡时的温度场分布，绘制出真实感较强的坦克与背景的红外合成图像。利用三维差分法计算并绘制出坦克离去后留下的“红外阴影”效果，即地面因原有目标强烈辐射而留下的高于周围区域的温度场分析，并绘制出坦克驶离后不同时刻地面背景灰度及彩色的红外图像，为倒推某时刻之前红外目标的存在提供了依据。     

基于可见性预处理和细节简化的虚拟环境快速漫游算法

本文针对复杂多边形场早的漫游提出了一个新的预处理方法，并给出了相应的快速漫游算法。     

一种基于环境映照变换的快速光线跟踪算法

环境映照是简化光线跟踪过程、增强画面真实感的有效方法之一.现有的环境映照技术不能精确地生成物体表面的镜面反射分量和折射分量,只能大致反映周围环境对物体表面光亮度的影响.本文提出的基于环境映照变换的光线跟踪算法是在原有的环境映照上增加了景物可见点的深度信息,只需对相邻环境映照立方体表面上少量象素内所记录的可见点作再投影就能求得各光线入射点处精确的镜面反射分量和折射分量.这个算法完全是在图像空间解决问题,与场景的复杂程度无关.本方法为实时生成镜面反射效果和折射效果提供了一条很有潜力的实现途径.     

一种基于层面叠加绘制技术的虚拟环境实时漫游算法

虚拟现实等实时仿真技术的发展对计算机图形的实时生成提出了很高的要求.但随着场景复杂程度的提高,画面的真实感与画面生成的实时性之间产生了矛盾.我们注意到当观察者的视线快速掠过场景时,他并不关心所掠过景物的几何细节和光照细节,基于这一点,本文提出了一种基于层面叠加绘制技术的逐步求精的实时图形生成算法,它能够根据场景变化的快慢动态地决定画面绘制的精细程度,使得系统在绘制速度和画面质量之间达到一个平衡.     

基于深度网格的大规模森林场景的动态模拟

为了降低大规模森林场景的数据量和较真实地模拟其在风力作用下的动态效果,提出一种完全基于GPU的森林场景动态模拟方法.首先采用一种基于深度图像并重建几何的方法对树模型进行优化,在优化后的模型中内建了多个层次细节,并进行有效的压缩;然后采用随机过程的方法对风场建模,用简化的过程式方法计算风力作用下树的位移和形变.实验结果表明,该方法可以实现以8 MB存储空间和85 MB显存空间为代价、实时模拟数量高达10万棵的大规模森林场景在风场作用下的动态效果,且模拟效果好、质量高.