面向虚拟视点图像绘制的深度图编码算法

针对不同区域对绘制虚拟视点图像质量产生不同的影响,以及深度估计不准确导致时域抖动效应影响压缩效率的问题,提出了一种面向虚拟视点图像绘制的深度图压缩算法。通过彩色图像帧差、深度图边缘提取等相关处理过程,提取深度图的静态区域、边缘区域以及动态区域。对深度图边缘区域使用了较低的量化系数,以提高深度图边缘区域编码质量;根据深度图各个区域的编码模式特点,仅对部分编码模式而不是所有模式进行率失真优化搜索,以提高深度图的编码速度;对于深度图P帧的静态区域,合理地采用了SKIP模式,以消除由于深度估计算法的局限性导致时域抖动效应对深度图压缩的影响。实验结果表明,与传统的H.264编码方案相比,本文方案在传输码流大小基本不变的前提下提高了最终虚拟视点图像边缘区域的绘制质量,其余区域主观质量相近,而深度图编码时间则节省了约77～87%。     

三维可视化技术研究

三维可视化技术在医学及工业领域应用广泛。文章首先介绍了三维可视化技术的概念,分析了三维可视化技术的原理和关键算法,即面绘制、体绘制、点绘制算法;然后对三维可视化开发包VTK进行了介绍,并以Ray Casting算法为例给出了基于VTK的三维体绘制算法的实现过程;最后对三维可视化技术的发展趋势进行了展望。     

基于改进粒子群算法的体绘制传递函数设计

为降低体绘制过程中人机交互的复杂性,提出一种体绘制传递函数的自动设计方法.该方法把对传递函数的抽象评价转变为对绘制图像的显式评价,然后将传递函数的设计转变为一个多参数优化问题,并使用改进的粒子群算法进行自动寻优.图像的评价使用图像信息熵、差分熵、边界熵和主观评价的融合方法.针对粒子群算法易于陷入局部最优的缺点,结合遗传算法的思想对粒子群算法进行改进.该方法在体绘制应用中,具有更好的全局搜索能力和更高的收敛速度.实验结果表明,在一般体绘制应用中,本文的方法可以在1.0～2.0min内完成传递函数设计,实现用户满意的体绘制效果.     

基于VTK的虚拟心脏切面交互式可视化方法

为解决传统医学影像技术方向性单一的问题,满足临床医学从不同方位从整体或切面等多角度对器官组织进行观察分析的需求,提出了心脏核磁共振成像(MRI)数据的体可视化和任意角度切面的可视化方法.基于可视化工具包VTK,在VC6.0开发环境中,运用光线投射算法设计并实现了MRI羊心脏切片数据的三维体绘制,横断、冠状、矢状位置的标准切片、切面以及任意角度、任意位置切面的绘制技术.通过简单的鼠标操作就可以实时的对切面进行移动、旋转、缩放等交互操作.实验结果表明:该方法有助于医生从多个方位观察整体器官组织和切面形态.在疾病预防、医疗诊断、手术方案制定以及术后评价中具有较大的实用价值.     

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。     

数字地球渲染中单精度浮点数误差改正

目的 针对全球大场景渲染中单精度浮点数的低精度导致的图像抖动和撕裂问题,提出了一套完整的解决方法。方法 首先,使用全球四叉树结构来寻找新的坐标原点,避免了现有算法需要频繁切换世界坐标原点的缺点;其次,在新坐标系下进行坐标转换和矩阵转换,解决了像素坐标计算的误差导致的抖动问题;最后,在GPU中使用基于对数的深度计算方式来提高深度的分辨率,解决了深度计算误差导致的Z-Fighting现象。结果 实验结果表明所提方法能很好地解决单精度浮点导致的渲染问题。结论 此方法具有适应性强、实现复杂度低、精度和效率可控等优点。     

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。