基于图形处理器加速光线投射算法的多功能体绘制技术

为克服传统算法中体绘制交互速度不流畅、重建耗时长、绘制效果单一的不足,实现了基于图形处理器(GPU)的光线投射算法用于医学层析图像实时体绘制,并能快速切换不同组织器官的绘制效果。首先,读入医学层析图像到计算机内存,构造体素;然后,设置相应体素属性(如插值方式、着色处理、光照参数)等,设计显示不同组织器官的颜色及不透明度传输函数;最后,GPU加载体素据并进行光线投射算法的计算。实验结果表明,在绘制速度上,GPU加速光线投射算法实现的多功能体绘制技术的绘制速度能达到每秒40帧以上,完全满足临床应用需求。在绘制质量上,用户交互中由于重采样而产生的锯齿现象明显低于CPU端实现的光线投射算法,GPU端与CPU端绘制时间的加速比在9倍左右。     

粒子系统模型在水彩画上的应用

粒子系统是一种可以有效模拟不规则运动的景象或现象的图形生成算法。将粒子系统的关键方法和OpenGL纹理映射技术相结合,设计了一种水彩画的模拟生成算法,利用鼠标实现用户交互。该算法利用纹理映射技术模拟颜料粒子,通过粒子的扩散作用模拟水彩画的绘制过程。实验结果表明,提出的水彩画模拟算法具有简单快速的特点,并且达到了较好的逼真度。     

基于MapGIS的巷道地质素描图绘制系统设计与实现

根据金属矿山地测数据管理业务需求,首先剖析了巷道地质素描图组成要素,设计了基于MapGIS的巷道地质素描图的绘制流程以及绘制系统的组成模块。巷道地质素描图组成要素主要由基本信息、地层信息、构造信息、水文地质信息、刻槽样轨信息与样品化验信息组成。巷道地质素描图绘制系统主要由数据管理、坐标转换、巷道素描图模板自动生成、组成要素绘制、矿岩类型与面状构造、刻槽样轨自动生成、自动注记、巷道综合地质素描图生成等8个模块组成。接着,采用面向对象的方法,分析组成巷道地质素描图空间实体对象及其实体对象之间的拓扑关系,建立了支持巷道地质素描图自动绘制的逻辑与空间数据模型。最后,基于MapGIS平台及其组件式开发技术,实现了巷道地质素描图绘制系统,绘制了上海宝钢集团梅山铁矿巷道地质素描图,取得了良好效果,为矿山地质图件的信息化建设提供了应用的依据和实践经验。     

基于信息化的矿井水文地质信息管理系统

伴随着新一轮的工业革命,推进产业数字化转型,针对目前矿井水文地质信息管理不够精细和智能的诸多问题,在GIS技术基础上研究开发了矿井水文地质信息管理系统。系统主要包括矿井水文地质信息基础数据库、矿井水文地质图形文件管理、矿井采空区积水管理、矿井探放水辅助设计、矿井水害预测预报和矿井水文地质基础信息管理系统6个模块,实现了数据管理、图形处理、图件绘制、水害评价、预测预报一体化的管理能力。并在山东省济宁三号煤矿进行了应用,验证了矿井水文地质信息管理系统的实用性。     

葫芦烙画的计算机系统仿真

为了获得葫芦烙画图像的计算机仿真效果,对Efros等人提出的以区块为基础的纹理传输算法进行改进,并对传输结果图像进行了有效的融合处理。该方法首先在YCbCr颜色空间中进行图像间亮度相似性匹配,通过纹理传输获得烙画图像,对传输结果图像根据Levin的最小二乘法原理,设计了一种基于动态权重控制的16点约束图像变形算法,实现了烙画图像的变形控制,然后在lαβ空间中实现了图像融合。最后将融合结果图像与泊松图像编辑方法的融合效果进行了对比分析。实验结果表明,该算法所获得的仿真结果图像接近真实葫芦烙画图像效果。     

大规模战场电磁环境并行体绘制技术研究

提出了一种基于PC集群的大规模三维战场电磁环境并行绘制方法。该方法采用直接体绘制的三维体数据可视化方法;利用空间八叉树对电磁绘制区间进行空间分割,并采用先序遍历八叉树叶节点的方式进行任务分配;采用Binary-swap算法对各PC节点的生成图像逐次进行全屏幕深度合成。实验表明,该方法能够较好满足大规模战场电磁环境实时可视化的要求。     

铅笔画的自适应LIC绘制方法

提出一种非真实感铅笔画的绘制方法,通过对图像的亮度分量计算切矢量场,获得图像的结构矢量场。根据矢量场和图像分割后的局部特征产生可变的积分步数和纹理走势。利用线积分卷积方法,自适应地处理图像。将绘制结果和通过霓虹处理得到的轮廓效果相结合。实验结果表明,该方法能够根据图像的细节丰富情况模拟铅笔画的艺术风格,并且生成速度较快。     

骨架驱动的作物叶片变形模拟

针对作物器官的变形问题,将骨架驱动物体变形的方法应用于作物器官的局部变形,提出了一种骨架驱动的叶片变形方法：生成叶片骨架模型,驱动骨架模型发生变形,并根据变形后的叶片骨架将变形操作应用到叶片曲面上,进而实现叶片曲面变形。应用该方法,分别对小麦叶片曲面进行弯曲和扭曲变形模拟。实验结果表明,基于骨架驱动的作物叶片形变方法能灵活控制叶片弯曲和扭曲程度,从而获得自然的叶片曲面变形效果。     

轮廓线的经纬线连接法

为了减少面绘制中三角面片数量,节省空间,提高重建效果,提出了经纬线连接法。该方法利用夹角对轮廓线进行重采样,并用等比法生成辅助采样点,实现采样点一一对应,连接采样点形成四角面片来组成物体表面,实现三维重建。以一组头部CT图像为研究对象进行实验仿真,仿真分析表明对轮廓线进行重采样,用四边形代替三角形,减少了面片数量,节省了存储空间,重建时间较短,重建效率较高。     

并行绘制系统Chromium中的3D模型数据压缩

网络带宽不足严重限制了Chromium等并行图形绘制系统渲染巨型几何场景的速度。通过对网络传输中的几何数据进行无损压缩,提出了一种能有效缓解网络负荷的方法。该方法可以很容易地实现不同算法对特定几何数据的压缩。实现了ZLib和哈夫曼算法对Chromium系统的压缩,测试了系统对10类OpenGL应用程序的加速比和压缩比,以及在4种配置环境下的并行运行效果。使用ZLib算法时,测试程序的运行速度都有不同程度的提高,最高提升3倍;数据压缩比平均在5.0以上,最高为30;并行绘制加速比在单服务器数目下最高。ZLib算法整体表现良好,能有效减少网络通信量。