一种改进的基于GPU编程的光线投射算法

针对传统光线投射算法采样效率低、绘制精度差等缺点,提出一种新的体绘制算法,所给算法采用新的采样合成函数,并结合经典的Blinn-Phong光照模型,采用不透明度提前截止判断光线终止。整个过程使用Cg语言编写顶点程序和片段程序来实现。实验结果表明算法既可以增强传统光线投射算法的绘制效果,也可以加快算法的速度。     

虚拟手术中软组织重建及显示关键技术的研究

虚拟手术中软组织三维重建及显示技术的应用可以辅助医生对病变体及周围组织进行分析,从而减小手术损伤,提高肿瘤定位精度与手术成功率。本文介绍了软组织重建整体过程的基础理论与关键技术,对近几年国内外在软组织重建各方面的研究成果进行了概括总结,系统、全面的阐述该研究的一般过程。     

发带头发模型的快速渲染及发型控制

为了解决虚拟人头发仿真中由于头发数量巨大导致的实时渲染难、发型单一的问题,提出了一种改进的、可实现多种发型的发带头发模型仿真方法。对基于NURBS曲面的头发模型定位控制点时,采用悬梁臂模型表现出头发自然下垂的状态。对传统的Phong光照模型,提出一种快速精确计算反射方向的改进方法,并考虑头发纹理和Phong明暗处理的相互作用。此外,提出一种新颖的发型设计方法,即通过对alpha纹理的控制和对纹理映射施加扰动函数实现不同头发长短和弯曲的造型。实验结果表明,新的方法能快速实现具有高逼真度的虚拟人头发仿真,且支持多种发型。     

真实感动态树场景的研究与实现

树木的动态显示在自然场景模拟中有着重要的地位。采用Cook-Torrance光照明模型和预计算的半透明贴图实现了叶片的绘制,使用梁模型导出的拟合多项式结合偏移修正实现枝干的快速形变计算,通过索引枝干层级数据贴图实现GPU中多级枝干的形变。预计算和GPU的使用使得模拟过程中真实感和实时性得以平衡。实验结果表明,该方法实现了快速真实的动态树场景渲染。     

基于GPU的工业CT三维图像任意断面剖切算法

研究工业CT三维图像的内部信息是无损检测的重要途径。为了实时观察三维图像的任意断面,获取数据信息,提出一种基于GPU的体绘制任意断面剖切算法。该算法基于图形处理器（GPU）单指令多数据流（SIMD）计算方式,通过并行计算内积的方法确定体素与切面的位置关系。当体素位于切面外侧时,则将体素设置为完全透明,使其对显示图像没有贡献,实现了任意断面剖切。还可以实现多断面剖切和结合传输函数的剖切。试验证明,该算法达到交互速度,能够应用于工业无损检测过程中。     

具有简单孔洞结构柔性体的力/触觉框架模型

针对具有简单孔洞的柔性体提出了一种基于框架结构的力/触觉变形模型。此模型以外力接触端为公共端,根据内部孔的位置和形状构建框架。整体框架由一个或多个钢架组成,每根钢架可为单杆件或多杆件结构。当外力作用时,运用虚功原理和Bernoulli-Euler定理求得钢架节点和虚拟固定端的变形位移,从而得到框架的变形,通过框架变形插值求解柔性体全局变形。实验结果表明,该模型方法简单,实时性好,在具体的虚拟建模力反馈工作中可操作性强。     

基于图像的非真实感艺术绘制技术综述

非真实感绘制是计算机图形学和图像处理中一个崭新的课题,属于计算机艺术的范畴,正受到国内外研究者越来越多的重视并取得了一系列的研究成果。首先简要介绍了非真实感绘制的研究意义及其研究范围;然后通过对其中涉及的主要关键算法进行总结分析,并对国内外典型的绘制方法进行比较和分类,阐述了非真实感绘制的主要研究内容;最后对今后的发展方向做出了展望。     

3D非均匀直线网格GPU体绘制方法研究

计算机图形硬件技术的快速发展可以用来加速可视化过程,为此针对非均匀直线网格,给出了基于均匀辅助网格的CPU光线投射算法、基于辅助纹理的GPU光线投射算法,以及基于切片的3D纹理体绘制算法,并在Nvidia Geforce 6800GT图形卡上对这些算法进行了测试。结果表明,GPU算法远远快于CPU算法,而基于切片的3D纹理体绘制算法则快于GPU光线投射算法。     

不同像素尺度下太阳表面米粒结构相关跟踪算法的有效性分析

在太阳自适应光学系统中,观测系统探测器所探测到的太阳米粒结构的对比度与探测器像素尺度（探测器的像素尺寸与系统焦距之比）有关。根据互相关因子算法和绝对差分算法的原理,通过比较理想情况时探测器所探测到的太阳表面米粒结构对比度与提取整体倾斜信号后长曝光图像的对比度,考察了不同像素尺度下相关跟踪算法的有效性,并给出了根据所采集的图像得出的实验结果。结果表明探测器的像素尺度越小,利用相关跟踪算法矫正像差越有效。     

Field emission enhancement of ZnO nanorod arrays with hafnium nitride coating

Vertically well-aligned single crystal ZnO nanorod arrays were synthesized and enhanced field electron emission was achieved with hafnium nitride (HfN_x) coating under proper sputtering condition. HfN_x films with various composition have been coated on ZnO nanorod arrays using a reactive direct current (DC) magnetron sputtering system. Morphology and crystal configuration of the ZnO nanorod arrays were investigated by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. The field emission properties of the coated and uncoated ZnO nanorod arrays were characterized. The as-grown ZnO nanorod arrays showed a turn-on electric field of 6.60 V μm^− 1 at a current density of 10 μA cm^− 2 and an emission current density of 1 mA cm^− 2 under the field of 9.32 V μm^− 1. While the turn-on electric field of the coated ZnO nanorod arrays sharply decreased to 2.42 V μm^− 1, an emission current density of 1 mA cm^− 2 under the field of only 4.30 V μm^− 1 can be obtained. A method to accurately measure the work function of the coated films was demonstrated.