基于粒子系统的实时雨模拟

基于流体动力学和粒子系统理论，给出了一种实时生成三维雨的方法。算法以矩形基本粒子对雨粒子进行造型，采用动态纹理映射技术和透明度扰动方法，根据雨滴的降落运动方程，来描述不同大小雨粒子受到重力和空气浮力、阻力影响时的运动效果，采用与视点相关技术动态生成三维降雨场景。与传统的雨模拟算法相比，该算法既正确模拟了雨的运动行为，又降低了计算复杂性，真实再现了雨的三维视觉效果，在满足实时交互漫游的前提下表现出较强的真实感，具有一定的实用价值。     

基于物理模型的实时卡通烟雾模拟算法

提出一种流体力学模型结合粒子系统的卡通烟雾实时模拟算法。通过Navier-Stokes方程建立烟雾流体场的物理模型,以保证运动轨迹真实感。为粒子属性引入浓度函数和作用半径,从而只需少量粒子就可快速获得浓度场分布。为了实现卡通化效果,使用代表动画师个人风格的卡通图元在不同浓度区域进行纹理贴图。试验结果证明,该算法高效快速,能实时生成自然生动的卡通烟雾效果。     

基于图像的卡通画扫描线渲染方法

为了模拟艺术家的卡通风格绘画,提出了一种基于图像的卡通画扫描线渲染方法,对用户输入的用数码相机拍摄的图像首先提取轮廓,然后进行颜色处理,最后合并得到具有卡通风格的图像。同时,给出了基于直方图的边缘参数的计算和基于扫描线的颜色处理两个算法,自动实时地完成了渲染过程。实验结果表明,该方法的渲染效果更接近于手绘风格,适合于卡通动画和个性化照片等领域的应用。     

用户控制的纹理合成

提出一种基于用户控制的纹理合成算法．该算法适用于任意二维平面和任意拓扑的三维网格．可方便地控制纹理合成时方向和尺度的连续变化．对于任意平面区域需剖分成较均匀的三角网格，以剖分得到的二角形作为基本的合成单元来进行合成．根据用户在此三角网格上指定表示纹理方向和大小的矢量来插值生成矢量场，用以控制合成纹理的变化．该算法可以自然扩展到三维三角网格，以三角面片作为合成单元，合成后直接输出每个顶点的纹理坐标．该算法对二维和三维纹理合成给出了统一实现的框架．实验结果表明，该算法可以在任意目标区域根据用户的交互生成令人满意的纹理合成效果．     

基于后处理的实时景深模拟与应用

针对虚拟现实系统中的景深模拟问题,提出了一种改进的基于图形处理器(GPU)的后处理景深模拟算法.该算法在场景渲染时将全分辨率纹理图存入离屏缓存区,利用该离屏缓存区的Alpha通道输出每个像素的线性化深度信息;对这个全渲染的场景纹理图作下采样处理,得到原图像1/16大小的图像;对下采样后的场景纹理进行可分离二维高斯滤波,生成模糊的场景纹理图;通过泊松采样方法,在弥散圈内将两幅纹理图基于线性化深度信息进行融合,模拟出了景深效果.最后将该算法应用于一个海上搜救虚拟现实系统.实验结果表明,所提算法较好地仿真了景深效果,改善了传统后处理滤波算法的深度连续性差、亮度扩散等问题,并能满足实时交互需求.     

卡通纹理分解和全变分梯度算法实现图像恢复

为了研究图像恢复技术,提出采用卡通纹理分解和基于全变分的广义加速临近梯度算法实现图像恢复。将原始模糊图像分解成卡通部分和纹理部分,卡通部分主要是图像的低频成分受噪声干扰小,纹理部分主要是图像的高频成分受噪声干扰大,采用基于全变分的广义加速临近梯度算法进行图像去模糊和去噪,卡通部分选择较小的正则化参数,纹理部分选择较大的正则化参数,将恢复的卡通部分和纹理部分进行合成得到恢复图像。通过对两张标准测试图像的MATLAB实验仿真,证明了该方法不仅收敛速度快而且效果比一般的临近梯度算法要好,尤其适合于恢复模糊度不是很高的图像。     

新的蜡笔画风格生成方法

对真实蜡笔画的艺术特征和纹理结构分析,模拟了蜡笔画的颜色、纹理特点,提出了一种基于彩色图像的蜡笔画风格自动生成算法,实现了基于区域的均值漂移对输入图像迭代运算,完成了图像的色彩风格转换。在此基础上,提出了多噪声纹理模拟方法,分别实现了对图像色彩区域和轮廓区域的纹理模拟与添加,生成蜡笔画风格,从而达到计算机辅助生成蜡笔画的目的。该算法生成的结果图和手绘效果非常相似,适合教育、漫画插图和娱乐等领域的应用。     

大规模虚拟场景中水体实时效果的实现

大规模虚拟场景中水体实时效果的实现可以极大的增强虚拟现实系统的沉浸感.通过运用Cg图形硬件开发语言及OpenGL,利用凸凹纹理技术、RTT技术模拟了实时的包括反射、折射及动态纹理效果的水面环境.该算法实现简单、绘制效率高,具有较高的真实感.可用于较大规模水面的实时效果模拟.     

基于GPU的实时素描风格渲染算法

为了更好地模拟素描画中线条的轻重变化和明暗变化,提出了一种改进的素描风格渲染算法。将渲染过程分为轮廓线绘制、纹理绘制和色调调整三个部分;在轮廓线染绘制过程中采用多重采样来辨识轮廓线,利用卡方分布和紊乱场来模拟生成素描化线条绘制;在纹理渲染绘制中,利用模型的切线和副法线生成多个方向场,通过对白噪声纹理的线性卷积( LIC)生成素描化纹理;通过牛顿插值法重新计算了输出曲线解决多重渲染混合后绘制效果偏灰问题。实验结果显示改进后素描风格渲染算法具有更高的渲染效率和更好的渲染效果。算法能够较好地实现素描风格的渲染效果,并可广泛适用于影视游戏开发中。     

虚拟数字人实时卡通渲染研究

为了渲染虚拟数字人体各部位材质的特性,增加虚拟数字人仿真渲染的艺术表现力,提出了结合卡通渲染艺术表现力与仿真渲染材质特性的渲染方法。使用改进的Kajiya光照模型实现具有卡通风格和物理特性的头发渲染,利用有向距离场技术制作面部阴影贴图控制面部阴影的卡通化形状,运用视差贴图技术和材质捕获技术模拟眼球的折射和反射现象,使用色调映射技术模拟皮肤的次表面散射、散射光漫反射和皮肤的边缘透光效果,实现虚拟数字人重点部位的实时卡通渲染。实验结果表明,结合仿真渲染材质特性的卡通渲染方法能够实现虚拟数字人的实时渲染,同时能够兼顾材质真实特性与艺术效果。     

Modeling and rendering of realistic waterfall scenes with dynamic texture sprites

We propose an efficient approach for authoring dynamic and realistic waterfall scenes based on an acquired video sequence. Traditional video based techniques generate new images by synthesizing 2D samples, i.e., texture sprites chosen from a video sequence. However, they are limited to one fixed viewpoint and cannot provide arbitrary walkthrough into 3D scenes. Our approach extends this scheme by synthesizing dynamic 2D texture sprites and projecting them into 3D space. We first generate a set of basis texture sprites, which capture the representative appearance and motions of waterfall scenes contained in the video sequence. To model the shape and motion of a new waterfall scene, we interactively construct a set of flow lines taking account of physical principles. Along each flow line, the basis texture sprites are manipulated and animated dynamically, yielding a sequence of dynamic texture sprites in 3D space. These texture sprites are displayed using the point splatting technique, which can be accelerated efficiently by graphics hardware. By choosing varied basis texture sprites, waterfall scenes with different appearance and shapes can be conveniently simulated. The experimental results demonstrate that our approach achieves realistic effects and real‐time frame rates on consumer PC platforms. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Procedural models for cartoon cracks and fractures animations

We present an approach for animating cracks and fractures in cartoon style. In our method we take a 2D hand-drawn object as input and then construct a 2.5D model of the object in order to approximate the object volume. Next, we generate the Voronoi textures on the 2.5D object model for visual abstraction of cartoon cracks. Further, cracking gaps on the Voronoi textures are widened progressively until Voronoi cells split apart and finally fall onto ground according to simplified physical rules. With minimum user intervention, our model is able to generate cartoon cracks and fractures animations procedurally, as demonstrated by examples given in the paper.     

彩色体三维显示系统上基于GPU的实时均匀体素化算法

为了使基于旋转屏的彩色体三维显示设备在显示动态场景时实时且高分辨率、高质量地实现圆柱体空间彩色体素化,提出了一种基于GPU的算法.首先在长方体空间内完成对三维场景的实时彩色体素化,将生成的数据保存于多张纹理工作表中;然后采取多对多映射的方法对这些工作表进行重采样,得到该场景在圆柱体空间内均匀的彩色体素化结果.实验结果表明,该算法在GPU内完成,达到了实时性要求,并在基于LED旋转屏的体三维显示设备上获得了令人满意的三维虚拟场景再现效果.     

3维卡通水与物体交互作用的动画建模

为了生成水与物体交互作用的卡通动画,提出一个混合式的3维卡通水模型。先构造出复杂的各种卡通水波模型,然后在2维工作区上对它们进行结构上的组合并映射到3维水面上进行绘制;障碍物在3维水面上的覆盖区域被检测出来之后,将其逆映射到2维工作区并在工作区内实现流水波形和障碍物所在区域的碰撞检测,根据碰撞检测结果触发障碍物附近的激起浪花波形。该方法的特点在于既表现了卡通流水与障碍物的碰撞,又保持了手工绘画的艺术感。此外,用户还可以方便地对波形的形态、位置、速度等进行设置与调控。系统利用GPU（图形处理器）硬件处理能力实现了对3维卡通水与物体交互的实时绘制。     

一种新的三维地景库的建模方法

针对传统的模拟器计算机成像系统之不足,提出了1种新的视景系统的建模方法,即基于矢量数字地图的三维地景生成算法。该算法以矢量地图为约束,各种地表纹理作为输入样图,用矢量地图中的高程信息构建三维地形网格,并根据矢量数字地图中图元之间的不同属性映射相应的纹理,得到了与矢量数字地图相一致的三维地景。与传统的地景库生成算法相比,新算法生成的三维地景更加真实精确;解决了以往地景库一经生成就无法更改的问题;具有一定的预测和重现场景的功能;缩短了地景库的开发周期,降低了开发成本。同时,运用了基于视点的地景数据动态调度策略,可实现真实场景的实时绘制。     

Resolution Independent NPR-Style 3D Line Textures

This work introduces a technique for interactive walk-throughs of non-photorealistically rendered (NPR) scenes using three-dimensional (3D) line primitives to define architectural features of the model, as well as indicate textural qualities. Line primitives are not typically used in this manner in favour of texture mapping techniques which can encapsulate a great deal of information in a single texture map, and take advantage of GPU optimizations for accelerated rendering. However, texture mapped images may not maintain the visual quality or aesthetic appeal that is possible when using 3D lines to simulate NPR scenes such as hand-drawn illustrations or architectural renderings. In addition, line textures can be modified interactively, for instance changing the sketchy quality of the lines. The technique introduced here extracts feature edges from a model, and using these edges, generates a reduced set of line textures which indicate material properties while maintaining interactive frame rates. A clipping algorithm is presented to enable 3D lines to reside only in the interior of the 3D model without exposing the underlying triangulated mesh. The resulting system produces interactive illustrations with high visual quality that are free from animation artifacts.     

基于OSG与Qt的FAST三维场景仿真

为解决FAST基地可视化的问题,开发了一套基于OpenSceneGraph(OSG)与Qt的三维场景仿真系统。通过三维建模,计算机程序自动化布局,OSG虚拟场景搭建等,将FAST的场景进行仿真显示。通过数据驱动实现对虚拟场景的实时更新,同时采用OSG的粒子系统来模拟雨雪天气特效场景。该系统将FAST的场景实时显现在技术工作人员面前,具有场景漫游,动态演示等基本人机交互功能,可为FAST基地的实践工作提供辅助决策依据。     

Object-Space Visibility Ordering for Point-Based and Volume Rendering

This paper presents a method to accelerate algorithms that need a correct and complete visibility ordering of their data for rendering. The technique works by pre‐sorting primitives in object‐space using three lists (one for each axis: X, Y and Z), and then combining the lists using graphics hardware by rendering each list to a texture and merging the textures in the end. We validate our algorithm by applying it to the splatting technique using several types of rendering, including point‐based rendering and volume rendering. We also detail our hardware implementation for volume rendering using point sprites.     

卡通动画雨模型

给出了一个能自动生成卡通风格的小雨和大雨效果的计算机模型.首先介绍如何从手工绘制的卡通雨动画序列中分析并提取雨滴降落轨迹的静态结构与动态结构,以此为基础生成它们的骨架模型.在小雨模型中,只采用单层骨架,在大雨模型中,则采用多层雨滴以表示降雨的深度感,并添加溅落到地面的雨滴,以进一步强调效果.由于在模型中采用了随机分量控制,因而在生成的下雨效果中避免了在手工绘制动画里重复使用周期序列画面带来的机械感.在手工绘制动画中若想改变下雨轨迹的方向和速度,以烘托动画气氛,则需要分别绘制不同的下雨动画序列,工作量很大.采用该模型只需通过控制少量几个参数便可以十分容易地改变下雨的方向与速度.该模型不仅能再现传统二维卡通下雨的效果,而且能在三维空间生成卡通风格的下雨动画.