基于GPU Raycasting算法的矢量/栅格混合绘制研究*

Raycasting体绘制算法由于成像质量高而被广泛应用于体数据的可视化,但当线、面表达的矢量数据和三维栅格表达的体数据同时绘制到同一场景时,由于绘制方法的差异会造成矢量和栅格数据空间遮挡关系不一致。在GPU实现Raycasting算法的基础上,通过矢量和栅格数据先后绘制,采用FBO离屏绘制等技术将矢量数据绘制到深度缓存纹理并在体绘制采样和融合中统一考虑矢栅颜色融合。实验结果表明,该算法在矢量数据非透明模式下能正确处理矢量栅格数据的混合绘制。     

针对全空子数据体的GPU体绘制方法

体绘制是三维数据可视化的主要方法之一。用于体绘制的数据体中包含有大量的空体素,导致光线投射算法进行没有意义的重采样计算,必然降低绘制算法效率。针对全空子数据体体绘制低效问题,本文提出基于GPU体高效绘制方法。利用八叉树数据结构组织数据,有效管理包含许多空体素的子数据体。通过绘制八叉树非全空叶子结点子数据体表面,使光线投射算法中起始和终止重采样位置更接近数据体中的可视部分,同时根据八叉树全空结点子数据体判定纹理查询结果,计算合适的跳跃步长,快速跳过八叉树中全空结点子数据体,减少无效重采样点。当数据体中空体素较多时,实现对原基于体包围盒表面绘制的GPU光线投射算法的加速。设计不透明度函数,凸显数据体中层位面,并将算法成功应用于地震数据可视化,取得很好应用效果。     

真实图像转换的水墨图像绘制模拟

目的：中国水墨风格模拟是非真实感图像模拟的重要研究课题,现有的模拟算法对于边缘绘制的连贯性不足、颜色汇聚不平滑,导致效果生硬、色彩表现力不强。为此本文提出一种真实图像转换的方法来对图像进行水墨风格化处理。方法：首先利用改进的基于流的高斯差分滤波来生成边缘轮廓;接着运用了各向异性Kuwahara滤波实现了墨色的汇聚以及自然过渡;最后引入Perlin噪声模拟背景宣纸的褶皱感。结果：实验表明,本文方法能够实现真实图像输入到水墨画风格图像输出的转换,处理速度快。结论：本文提出一种真实图像转换的水墨图像风格化处理方法,实验结果表明,该方法可以在不破坏原图像结构的基础上获得很好的水墨模拟效果。     

复杂电磁环境建模与可视化研究综述

复杂电磁环境建模与可视化研究在民用通信、军用电子战领域的应用不断发展。在介绍了复杂电磁环境基本概念的基础上,首先系统阐述了复杂电磁环境建模的理论方法和数据场的可视化具体方法。然后对国内外复杂电磁环境建模与可视化研究现状进行了分析,对复杂电磁环境中雷达这一主要设备的电磁环境建模进行了研究,并对模型的复杂度、预测精度进行了总结与比较;针对电磁体数据场数据量的海量特性,对电磁体数据场可视化的基本思想、加速技术、适用范围分别从图形硬件加速和软件算法优化两方面进行了归纳与总结;阐述了仿真系统的总体框架设计思想,并设计了一个复杂电磁环境仿真可视化系统。最后对复杂电磁环境建模与可视化未来研究方向进行了展望。     

可扩展的实时自然景物模拟算法

针对传统的粒子系统实时仿真存在只能针对单一自然景物模拟、计算耗时、图像不真实、算法复杂等问题,提出了一种基于粒子系统和图形处理器（GPU）加速通用可扩展的自然景物模拟算法。在该算法中,粒子的物理运动计算过程和渲染阶段完全由CPU转移至GPU,可以增加粒子数量和提高渲染速度;同时,在渲染过程中,可以较好地利用硬件支持的粒子图技术来改善渲染中粒子的外表,选择不同纹理,从而能够较方便地模拟不同的自然景物。最后,在GPU上实现了雪花、喷泉、烟花、瀑布等模拟,算法充分利用了GPU的多通道并行处理性和可编程性,提高了自然景物模拟的实时性,可运用于虚拟现实系统。     

一种高效的光线投射体绘制算法

作为体绘制中的一个经典绘制算法,光线投射算法理论简单同时能产生高质量的图像,被广泛应用于医学图像可视化领域。但在绘制过程中有大量的投射光线和体素的重采样,导致绘制速度较为缓慢。为提高绘制的速度,文中提出一种高效的光线投射体绘制算法,通过引入碰撞检测技术减少投射光线的数目,避免冗余光线的采样计算,同时采用光线跳跃方法在碰撞检测包围盒内跳过对空体素的重采样,加快了光线合成的过程。实验结果表明,改进后的算法不仅能保证所需要的图像质量,还能大幅度地减少采样计算的时间,高效地提高绘制速度。     

基于空间注意力下边缘图融合的草图图像检索

基于草图的图像检索任务根据用户提供的手绘草图,从图像数据库中检索得到与该草图对应的自然图像.与传统基于内容的图像检索不同,草图和自然图像间存在明显的域差异,这使得二者的特征难以直接进行比较.针对自然图像边缘图和草图的相似性,提出了空间注意力下的边缘图融合模型,将自然图像和对应的边缘图分别编码到各自的特征空间,再通过空间注意力掩膜进行加权融合,进而用于草图图像检索.所提模型可以更有效地编码物体边缘轮廓的特征,分别在Sketchy和Flickr15K数据集的草图图像检索任务上取得了比前人方法更高的Recall@1和MeanAP指标.     

基于.NET的分布式设备组网与管理系统软件设计与实现

针对现有环境下实验设备分布放置与独立观测带来操作与分析不便的问题,提出了一种基于.NET平台的分布式设备组网与管理系统.系统包含一个运行在独立计算机设备上的服务器软件与九个运行在实验设备上的客户端软件,借助于局域网建立服务器软件与多个客户端软件之间的Socket通信连接,完成分布式实验设备的集中组网与统一控制.客户端软件将实验设备的单次测试结果以数据或文件形式及时传输至服务器存储,服务器软件下属的分析界面实现对测试结果的数据解析、波形绘制与图像显示等功能,达到对分布式实验设备独立或联合测试结果的综合分析的目的.现场测试表明,服务器软件与九个客户端软件运行稳定,Socket通信连接可靠,实时数据与文件传输高效,分析界面功能完善且分析结果正确,有效解决了现有环境下实验设备测试与分析过程中存在的不足.本研究具有较强的兼容性,可以快速应用于其他分布放置的实验设备,接入现有系统中.     

基于像素聚类的空间变化表面材质建模

针对空间变化表面材质的反射属性提出了一种基于图像的轻量化建模方法。仅需利用消费级手 机,在环境光和点光源下分别对平面材质样本拍摄一幅图像,即可计算重建其表面的双向反射分布函数 (svBRDFs)参数图、法向量图、切向量图等材质属性。其中对 BRDF 参数的拟合采用了一种基于像素聚类的策 略,即假定具有相似外观和结构特征的像素属于同种材质、共用一组参数,从而大幅降低参数拟合的难度。 在此基础上,通过一种新的迭代多步优化方案对全局和空间变化的参数进行拟合,产生高分辨率的 BRDF 参 数纹理图。该方法不依赖特殊设备,也无需采集海量数据,就能够为包括金属材质、各向异性材质等在内的 多种类表面材质产生高质量的 BRDF 参数图,以及高真实感的基于物理的绘制结果,因此更易于实现和应用。     

基于VTK的医学图像可视化设计与实现

本文在VTK类库提供可视化与实现的基础上,首先运用卷积神经网路实现器官的识别与分割,然后分别采用移动立方体算法和光照投影法进行了器官图像的重建工作.本文提出识别与分割的方法达到了94.3%的准确率,重建工作可满足对医学图像与可视化的需要.