自适应的遥感纹理并行压缩解压算法

为了降低实时地形绘制任务中遥感纹理图像的装载时间,提出一种基于矢量量化的自适应遥感纹理压缩解压算法.基于人类视觉特性优化设计了量化器的纹理块相似度函数,并根据图像特性设计了基础阈值的自动计算方法,可通过自动调节局部阈值来适应遥感图像纹理复杂、局部差异性大的特点;对码字在逻辑邻域内进行优化处理,提高了码书的质量;对索引信息设计了支持随机访问的压缩方法,保证对压缩后索引信息的随机访问.为提高压缩解压速度,充分考虑图形硬件的并行特性,设计了高效的并行算法.实验结果表明,该算法能够在保证压缩率的基础上形成重构质量较好的压缩数据,并且对不同图像都能取得较好的压缩效率;利用图形硬件大幅提高处理速度,完全满足绘制对纹理解压的实时性要求.     

图形硬件加速的实时水面绘制

实时生成具有真实感效果的水面是计算机图形学中的研究热点和难点之一。文章介绍了一个利用可编程图形硬件来实现水面实时生成和绘制的系统,绘制过程主要分两个方面:水面的建模和水面光照效果的实现。通过基于空间域的快速傅立叶变换技术来实现水面的建模,通过凹凸纹理贴图和投影纹理技术来实现水面的反射、折射和菲涅耳等水面光照效果。绘制过程主要在图形处理器中实现,从而保证了算法的实时性。在现有的PC机和可编程图形硬件加速卡上能达到每秒30帧以上的绘制速度。     

基于实时梯度计算的快速纹理映射体绘制

本文分析讨论了一种基于实时梯度计算的纹理映射体绘制算法。在绘制过程中实时计算每个体素上的梯度，有效地减少了在传统基于纹理映射的体绘制中，对梯度预先计算的耗时操作，也降低了内存的消耗，加快了整个绘制过程。同时，采用三维Sobel算子对梯度进行计算，并进行归一化处理，有效地提高了绘制图像的质量。在实现中充分利用了目前PC图形硬件成熟的可编程特性，特别是fragment program，来完成梯度的实时计算。最后对医学体数据进行绘制，得到了理想的结果。     

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的实时光线投射算法

介绍了一种基于GPU（可编程图形处理单元）的快速实时光线投射算法。为满足大规模体数据集的绘制要求,利用当前GPU的新特性,直接将体数据作为纹理载入显存,采用预积分分类方法在GPU中对体数据进行重采样和分类,避免了计算机主内存与GPU纹理内存之间数据交换的瓶颈问题;利用硬件支持的三维纹理和片元着色器,实时计算每个体素的梯度,实现高质量的光照,保证高质量的图像绘制效果。实验结果表明该方法在医学三维数据场可视化中,能够实时、高效地生成高质量的交互式体可视化图像。     

基于动态纹理载入的大规模数据场体绘制

为克服图形硬件对传统纹理映射体绘制的限制,提出了一种在普通PC上进行大规模数据场体绘制的有效方法。该方法中,体数据被划分为合适大小的数据块,这些数据块被动态的载入图形硬件,并利用3维纹理映射进行绘制。在整个绘制过程中,仅有一个数据块存储在图形硬件上,有效地提高了对大规模体数据的绘制能力。同时,充分利用目前PC图形硬件成熟的可编程特性,通过对梯度的实时计算来减少在传统纹理映射体绘制中巨大的内存消耗。实验结果表明,该方法在普通PC上可以对超过纹理内存容量的大规模体数据进行交互式体绘制。     

条纹理映射

提出一种新的基于图像绘制的方法，能高效地利用图形硬件进行加速，避免成像过程中烦人的空洞填补计算,高质量地反映物体表面的三雏凹凸细节及视差变化．该方法首先为源深度图像中每个像素生成一个条状的纹理(条纹理)，即根据一个像素及其邻近像素的深度值，沿着深度方向为该像素插值生成多个具有不同深度值的点，它们一起构成谊像素的条纹理；然后，绘制时利用图形硬件的纹理映射直接处理这些条纹理.由于各个像素的条纹理的集合可以构成源场景的近似连续三维表示,从而大大增强了源深度图像表达三维模型细节的能力，而且成像时不必进行空洞填补的计算.与已有的同类方法相比，新方法的空间需求小，成像速度快，并且成像质量很高．     

一种基于交互式多维传递函数的纹理映射体绘制算法

本文设计了一种基于空间信息的交互式多维传递函数的纹理映射体绘制算法。该算法不仅可以根据体数据的强度而且还利用体素的空间位置来设定绘制的颜色和阻光度。通过采用一种独特的空间投影变换,根据用户需求,将体数据划分为不同区域,并分别定义各自的传递函数。该特点使得本文的算法可以有效地对体数据进行交互式分析。在算法实现中,利用了通用图形硬件的可编程特性,在普通PC上可以达到理想的绘制质量和交互速度。     

基于流的实时碰撞检测算法

实时碰撞检测是计算机图形应用中不可或缺的问题之一,复杂物体间的实时碰撞检测至今仍未能得以很好的解决.高性能可编程图形硬件的出现,正在改变着通用计算仅能由CPU完成的传统观念.探索性地采用了可编程图形硬件来解决复杂物体间的实时碰撞检测问题.通过将两个任意物体间的碰撞检测计算映射到图形硬件以有效利用图形硬件的并行架构,由实时绘制过程快速产生碰撞检测结果.为此,算法首先将碰撞检测问题转化为一组线段集合与三角形的求交问题,以实现碰撞检测算法向可编程图形硬件的迁移.在对算法复杂度进行理性分析的基础上,给出了两种有效的优化技术以提升算法效率.实验结果表明,与现有的图像空间碰撞检测算法相比,该算法在效率、精确性和实用性方面具有明显优势.     

实时绘制3D中国画效果

介绍了一个利用可编程图形硬件对3D山峦模型进行实时水墨效果绘制的系统．首先建立对应于不同层次的一组纹理图像，图像中的笔刷纹理按照手工绘画那样非均匀分布并构成明暗变化的纹理序列．系统在运行，首先检测山峦模型的位置来确定它所在的层，然后根据山峦模型的光照值对相应的纹理进行混合，山峦底部则与背景的云雾图进行混合，以得到最终的具有国画风格的画面．     

增强型IBFV 2维矢量场可视化算法

提出一种基于质点平流的增强型IBFV可视化算法,可显著增加IBFV算法生成图像的对比度。首先通过质点平流获得一系列的矢量纹理;然后将这些矢量纹理作为IBFV算法中的背景图像,代替原来的噪声纹理与帧缓存中的纹理进行图像混合生成新图。通过这种方式不仅可以准确反映流场的动态变化,而且增强了矢量线间的对比,同时还可以获得较高的绘制速度。     

虚平面映射:深度图像内部视点的绘制技术

首先推导与归纳了图像三维变换中像素深度场的变换规律,同时提出了基于深度场和极线原则的像素可见性别方法,根据上述理论和方法,提出一种基于深度图像的建模与绘制(image-based modeling and rendering,简称IBMR)技术,称为虚平面映射.该技术可以基于图像空间内任意视点对场景进行绘制.绘制时,先在场景中根据视线建立若干虚拟平面,将源深度图像中的像素转换到虚平面上,然后通过对虚平面上像素的中间变换,将虚平面转换成平面纹理,再利用虚平面的相互拼接,将视点的成像以平面纹理映射的方式完成.新方法还能在深度图像内侧,基于当前视点快速获得该视点的全景图,从而实现视点的实时漫游.新方法视点运动空间大、存储需求小,且可以发挥图形硬件的纹理映射功能,并能表现物体表面的三维凹凸细节和成像视差效果,克服了此前类似算法的局限和不足.     

Compression-Based 3D Texture Mapping for Real-Time Rendering

While 2D texture mapping is one of the most effective of the rendering techniques that make 3D objects appear visually interesting, it often suffers from visual artifacts produced when 2D image patterns are wrapped onto the surfaces of objects with arbitrary shapes. On the other hand, 3D texture mapping generates highly natural visual effects in which objects appear carved from lumps of materials rather than laminated with thin sheets as in 2D texture mapping. Storing 3D texture images in a table for fast mapping computations, instead of evaluating procedures on the fly, however, has been considered impractical due to the extremely high memory requirement. In this paper, we present a new effective method for 3D texture mapping designed for real-time rendering of polygonal models. Our scheme attempts to resolve the potential texture memory problem by compressing 3D textures using a wavelet-based encoding method. The experimental results on various nontrivial 3D textures and polygonal models show that high compression rates are achieved with few visual artifacts in the rendered images and a small impact on rendering time. The simplicity of our compression-based scheme will make it easy to implement practical 3D texture mapping in software/hardware rendering systems including real-time 3D graphics APIs such as OpenGL and Direct3D.     

Texturing fluids

We present a novel technique for synthesizing textures over dynamically changing fluid surfaces. We use both image textures as well as bump maps as example inputs. Image textures can enhance the rendering of the fluid by either imparting realistic appearance to it or by stylizing it, whereas bump maps enable the generation of complex micro-structures on the surface of the fluid that may be very difficult to synthesize using simulation. To generate temporally coherent textures over a fluid sequence, we transport texture information, i.e. color and local orientation, between free surfaces of the fluid from one time step to the next. This is accomplished by extending the texture information from the first fluid surface to the 3D fluid domain, advecting this information within the fluid domain along the fluid velocity field for one time step, and interpolating it back onto the second surface -- this operation, in part, uses a novel vector advection technique for transporting orientation vectors. We then refine the transported texture by performing texture synthesis over the second surface using our "surface texture optimization" algorithm, which keeps the synthesized texture visually similar to the input texture and temporally coherent with the transported one. We demonstrate our novel algorithm for texture synthesis on dynamically evolving fluid surfaces in several challenging scenarios.     

Layered textures for image-based rendering

An extension to texture mapping is given in this paper for improving the efficiency of image-based rendering. For a depth image with an orthogonal displacement at each pixel, it is decomposed by the displacement into a series of layered textures (LTs) with each one having the same displacement for all its texels. Meanwhile, some texels of the layered textures are interpolated for obtaining a continuous 3D approximation of the model represented in the depth image. Thus, the plane-to-plane texture mapping can be used to map these layered textures to produce novel views and the advantages can be obtained as follows: accelerating the rendering speed, supporting the 3D surface details and view motion parallax, and avoiding the expensive task of hole-filling in the rendering stage. Experimental results show the new method can produce high-quality images and run faster than many famous image-based rendering techniques.     

结合纹理去除的遥感图像分割

针对包含复杂纹理信息的遥感图像难以进行精准图像分割的问题,提出了一种结合纹理去除的遥感图像分割方法。首先,改进了相对全变差纹理去除方法,通过引入新的范数约束使相对全变差纹理去除方法可以在去除纹理信息的同时凸显图像中的主要结构,达到辅助分割的效果;然后,使用均值漂移算法对经过纹理去除的遥感图像进行无监督聚类,达到分割的目的;最后,提出的遥感图像分割算法在不同遥感图像上进行了测试。实验结果表明,在高分辨遥感图像的分割上,所提算法可以分割出遥感图像中的主要目标,和直接分割或者结合其他纹理去除方法相比取得了更好的分割结果。所提出的分割算法可以降低纹理信息对图像分割的影响,提高遥感图像分割的精度。     

图像局部纹理特性的静电力触觉渲染

目的 触摸触觉设备感知物体时,需要实现视觉-力触觉同步反馈,其中图像-力触觉反馈难点在于再现更真实的纹理触感的触觉渲染过程。本文提出了一种基于图像局部纹理特征的静电力触觉渲染模型,实现了更加清晰、触感真实的图像纹理的静电力触觉反馈。方法 首先,采用局部傅里叶变换方法强化局部纹理特征,提取傅里叶变换系数分离出表征形状和局部纹理、边缘的频域分量。其次,对局部纹理特征进行力触觉渲染,建立局部纹理特征与驱动信号的映射模型,采用比例模型将局部纹理特征值转化为同等级的静电力表达。最后,根据静电力与驱动信号的心理学模型,由局部纹理特征控制不同驱动信号的输出产生静电力触觉。结果 进行纹理触觉对比感知实验验证算法有效性,62.5%的实验参与者偏爱基于图像局部纹理的触觉渲染算法反馈的纹理触感,本文算法可以模拟多种图像的纹理、边缘的触感。结论 算法在频域分离图像局部纹理、边缘和形状特征,建立纹理-力触觉渲染模型,针对大多数图片可以有效地增强纹理触感,提升触觉再现交互技术的沉浸感。     

Texture-based Dither Matrices

Continuous tone images must be halftoned to be displayed on binary output devices such as printers. Halftoning algorithms at low resolutions of the output hardware introduce textures into the resulting display. In this work we control halftoning texture by generating a threshold matrix from an image-based texture. We demonstrate that processing textures by the adaptive histogram equalization algorithm approximates pixel distribution properties of traditional dither screens. Ordered dithering with the resulting threshold matrix enables us to define texture in the halftoned image. We control the appearance of this texture by a combination of the ordered dither algorithm with an error diffusion process. We present applications of texture-based dither screens to both photorealistic and artistic rendering. In the case of photorealistic tone reproduction our technique preserves textures and edges of the original image. The ability to define an arbitrary texture enables us to introduce a variety of artistic effects, including embossing of images with textures and text, and approximation of the appearance of of conventional illustration media. We evaluate the resulting halftoning using multi-scale edge distortion measures. Our quantitative evaluation closely corresponds to the visual observations.     

基于几何与图像混合绘制中的快速WARP变换算法研究

基于几何与图像的混合绘制中，3D Warp算法以严格的数学变换为基础，从而能够保证准确的投影关系，但该算法在实时绘制阶段需进行大量的数学运算，故其时间复杂度较高，该文提出了一种新的快速Warp变换算法，算法以3D Warp算法为基础，采用了崭新的投影过程，从而使时间复杂度较3D Warp算法有较大幅度的下降（降低约7．51倍）。同时，该算法是一种流水结构，能够有效利用现有的加速硬件，而无需改变图形硬件的体系结构。