三维模型骨架的矫正

对复杂的三维模型进行骨架提取时，目前用各种骨架提取方法得到的骨架均可能产生偏离中心位置和冗余分支的失误情况．为此，提出一种骨架矫正方法，以改正骨架中的这些质量问题．在基于距离场提取骨架后，该方法对骨架的各个关节点进行如下的考察：以关节点为中心，向四周均匀发出辐射线与模型边界相交得到辐射线段，统计这些线段长度的分布以探知该关节点是否位于中心位置．对于偏离中心位置的关节点,使它向中心位置偏移，并修改相应的骨架分支，从而实现骨架的自动矫正．实验表明，新方法能很好地矫正三维骨架，且矫正速度很快，一般不超过骨架抽取时间的2％．     

一种基于物理的雨打树枝动态仿真方法

提出了一种应用物理学原理的树枝和雨滴交互作用的真实感动态仿真技术.树枝和叶柄被描述为一种方便由4种弹簧控制的三棱柱弹簧模型(extended three-prism spring model,简称ETPSM).树枝、树叶的运动源于树枝系统与雨滴相互之间能量的双向转换.二者之间的交互作用可以通过一种高效的技术很好地模拟.该技术被专门设计用来模拟液体在具有亲水性的非刚体表面上运动.当雨滴撞击树枝后,树枝会发生震动与转动;雨滴会沿着树叶表面流动,合并成一个更大的雨滴或者悬挂在叶片边缘;当雨滴从树叶边缘落下后,树枝会弹起并恢复到原来的位置.实验结果表明,该技术能够高效、真实地仿真雨滴撞击树枝系统后的相互作用效果,同时可以简单而有效地模拟杆状物体在外力作用下的弹性形变,诸如旋转、震动等.     

基于形状特征与变形保持的动态模型简化

提出了一种基于形状特征与变形区域保持的动态表面多分辨率模型生成方法.该方法使用了基于形状特征的二次误差度量来计算边折叠代价,可以较好的保持模型表面特征.在计算整个变形动画中累加的边折叠代价时,加入相邻帧之间的变形程度信息,以保持变形程度较大区域的细节特征.最后基于整体的边折叠顺序,对每一帧模型进行细微的调整,以得到视觉失真最小的简化网格.文中方法的效率较高,易于实现,并且可以在变形网格的任意帧上生成高质量的、保持良好细节特征的简化模型.     

采用非均匀纹理层的短毛实时绘制

提出一种采用非均匀纹理层来实时绘制真实感短毛的方法,通过混合绘制多层次半透明纹理层来表示物体表面的毛发效果,根据视点位置以及物体表面各部位毛发形态的不同,自适应地采用不同的层数来表示物体各部位的毛发.这种非均匀层数的方式可以在保证绘制质量的情况下尽量减少绘制的面片数,从而加快绘制速度.该方法对中等规模的模型达到了实时的处理速度,并可以有效地表现物体表面的局部性长毛或倒伏毛发等各式毛发形态.     

基于圆盘近似的动态场景柔和阴影实时绘制

采用圆盘对物体表面进行近似,对每个圆盘形成的遮挡使用椭圆遮挡域表示,预计算过程中根据每个椭圆遮挡域参数进行采样并用球面调和系数表示,同时将其转换为对数,对采样数据采用主元分析方法进行压缩;在绘制的过程中,根据圆盘的法线、半径以及和阴影接收点之间的相对位置确定其椭圆遮挡域的值,然后采用球面调和指数算法进行累积.该方法将圆盘近似算法和球面调和指数算法相结合,能够灵活地描述柔性物体以及较薄的物体形成的柔和阴影.     

基于CUDA 渲染器的顺序独立透明现象的单遍高效绘制

提出一种顺序独立透明现象的单遍高效绘制算法.首先设计了一个基于计算统一设备架构(compute unified device architecture,简称CUDA)的可编程渲染器.该系统采用扫描线算法光栅化场景,为每个像素生成多个对应的片元,同时,在GPU(graphics processing unit)的全局内存上为每个像素分配一个数组,以存储其相应的片元.基于这个框架,提出了两种并发的片元收集及排序策略,以单遍高效地绘制顺序独立的透明现象.第1种策略利用CUDA的原子操作符atomicMin收集各个像素上对应的所有片元并按深度动态排序,在后处理中片元即可按序逐一融合;第2种策略采用CUDA的原子操作符atomicInc按光栅化顺序收集所有片元,然后在后处理中按深度排序后再逐一融合.实验结果表明,与基于传统图形管线的经典深度剥离方法相比,该方法可以更高效地绘制顺序独立的透明现象,同时生成正确的绘制效果.     

基于物理的植物叶子形态变化过程仿真造型

文中提供了一种对植物叶子造型的新方法,可以非常真实地展现叶子在干枯、老化过程中几何形态的变化.基于植物学和物理原理,文中引入了双层结构模型表达叶子的力学结构,很好地模拟了不同种类植物叶子形状的多样性.文中首先分析了叶子形状变化的原因,即在叶子枯萎过程中,叶肉和叶脉由于各自不同的组织结构,导致了收缩比例不同,从而在物理模拟中,通过建立关于叶子基本结构的双层质点-弹簧模型,并对上下两层的不同参数的合理设置,很好地表现了叶肉和叶脉的不同力学特性.双层模型的相互作用,决定了叶子最终变形的方式和效果,由此可以得到非常接近真实树叶的各种叶子形态.     

自适应三维美工树木骨架提取算法

提出了一种自适应三维美工树木骨架提取算法。该算法主要由前处理、骨架提取和后处理三个步骤组成。前处理阶段依次完成预计算操作,包括对具有几何相似性的子枝进行聚类,自适应生成每个子枝点云的聚类长度阈值,确定子枝之间的父子关系等;骨架提取阶段实现对每个子枝点云的聚类,及其对应骨架点、骨架曲线的生成等操作;后处理阶段完成孤立骨架节点去除,整棵树所有骨架曲线光滑化等处理。该树木骨架提取过程完全由计算机自动完成,不需要用户的任何干预。实验结果表明,采用该算法得到的美工树木骨架既能完整地保持树木模型的形状,又能正确地实现树木模型的拓扑结构。     

单目视频中人体三维运动的迭代优化估计

提出并实现了一种从单目视频流中重建人体三维运动的方法．该方法通过交互定制得到个性化的人体骨架模型和视频序列每一帧中人体各关节点的二维坐标后，分别针对单帧和连续多帧进行优化并迭代求解，得到每一帧的比例因子的最优解；最后反求各关节点的三维坐标，重建人体三维运动序列．对包含复杂和快速多变的人体运动的视频进行的实验表明，该方法简单有效，适用于包括体育、影视等在内的实际视频源．     

基于Lattice Boltzmann模型的液-液混合流模拟

引入了一种二元Lattice Boltzmann Model（LBM），实现丁两种液体组成的混合流的模拟．不同于其它的类似模型，它区分考虑了流体的粘性和扩散特性，可以很容易地模拟各种互溶或者不互溶的混合流现象．此外，由于LBM的运算大都是线性的局部运算，这使得它很容易在可编程图形处理器（Graphics Process Unit，GPU）上进行加速，从而进行实时模拟．给出了若干二元混合流的模拟结果．