空天三维仿真中空间目标实时渲染算法

近年来,随着载人航天研究的进一步加深,空天任务的复杂性和可靠性要求也日益提高。对海量目标的位置实时解算和场景渲染是空间目标实时渲染的重难点。利用层次细节模型（LOD）在动态渲染中的优势,本文提出一种海量的空间目标实时渲染方法,该算法侧重于把传统的批LOD模型优化成基于R树的LOD模型。在构建基于R树的LOD模型时,会出现索引空间重叠、查询效率低、LOD模型纹理突变等问题。因此,提出基于节点的深度调整策略消除索引空间重叠,采用快速剪枝算法提高查询效率,使用基于Shader的Alpha测试技术实现LOD模型平滑过渡,通过上述3种优化算法的协同处理,优化后的LOD模型在场景渲染时间、空间占有率、帧率等均有所改善。     

一种基于GeoMipMaps的大规模地形实时可视化方法

针对海量地形数据无法一次性载入内存进行实时渲染的问题,本文提出一种高效的大规模地形场景实时可视化方法。该方法对GeoMipMaps算法进行了改进,利用地形数据分块技术和多线程技术来实现数据的动态调度。同时,利用LOD技术和视域剔除技术减少需要绘制的三角形数量;运用VBO技术将经常使用且不频繁变动的数据保存在显存中,避免大量数据在渲染时频繁地从内存传输到显存,从而达到实时渲染的效果。实验结果表明,该方法能有效地提高地形漫游的效率和可视化结果,实时地生成大规模地形。     

LOD算法研究及其在地形实时显示中的应用

多分辨率显示(LOD)技术是解决大规模地形实时渲染的关键技术之一。该文论述了LOD技术的基本原理、分析了几种常用的LOD算法;研究了与视点相关的渐进格网(VDPM)算法,并对其进行了较大改进,提高了执行效率;最后,将改进后的算法应用到大规模地形实时渲染中,取得了较好的实时显示效果。     

三维虚拟漫游技术的研究

三维虚拟现实漫游技术目前是国内外的研究热点之一.主要研究和探讨了利用五点定位LOD四又树组织和管理大规模地形数据,并以井地算法实现大规模地形实时渲染,能有效地提升三维场景的渲染速度.提出了一种基于场景投影图矩阵的自动漫游路径生成的钢丝算法,该算法适用于各种复杂的三维虚拟场景并能生成光滑的自动漫游路径.     

基于限制性四叉树LOD大规模地形预处理算法

LOD（Level Of Detail,层次细节）技术是解决大规模地形实时渲染的关键技术之一,通过这种技术可以较好地简化场景的复杂度,减少图形显示的失真度,满足一定的实时性要求。传统的算法将四叉树和LOD技术相结合将大规模数字高程模型数据（DEM）进行分块,并对块内数据按照分辨率的大小分层存储。通过对四叉树的研究,在限制性四叉树的基础上引入预处理算法,提高了地形读取速度,增强了实时显示效果。该算法是基于限制性四叉树的一种高效的规则网格划分方法,内存开销少,降低了CPU的负担。实验结果表明该算法提高了地形导入的效率,能实现大规模地形的实时漫游。     

基于快速EZC-DCT的地形压缩绘制技术*

对大规模地形进行实时渲染时,大量数据传输、存储和处理严重制约着实时渲染的速率。基于此,提出了一种基于快速离散余弦变换的嵌入式零树编码实现地形数据压缩与实时粗粒度LOD渲染结合的算法。首先对分块后的地形数据分别进行快速离散余弦变换,然后对得到的系数进行聚类操作,最后对其进行嵌入式零树编码。实验结果表明该算法压缩效率高,信噪比较好,计算相对简单,帧速率比传统的基于小波变换的算法提高了20%,更加符合视觉要求。     

基于动态LOD四叉树算法的地形三维可视化

LOD模型是在虚拟现实技术中经常被采用的一种加快图形生成速度的主要方法。所谓的LOD建模,其实质就是采用一定的算法思想将原有的网格地形数据进行重组,得到一种更加便于实时绘制使用的数据结构。在利用四叉树方法进行LOD建模的过程中,其关键就在于怎样对原有的网格数据进行四叉树分层。LOD地形渲染过程中当相邻的节点或块之间分辨率不一致时会出现裂缝现象,结合动态LOD四叉树算法利用节点分割和渲染的规律,采用一种新的裂缝消除方法。     

城市三维场景的逆过程式建模与混合渲染方法

针对大规模城市场景受制于数据规模,难以实现完整场景的视觉无损渲染的问题,提出一种基于过程式纹理重构和混合层次细节(LOD)模型的渲染方法.首先提取纹理中的重复与对称特征,构造纹理的过程式语法表示,实现了约70%的数据压缩,并且用户可以直接控制过程式语法的生成;然后通过几何模型采样创建点、线和多边形混合的LOD表示并编码存储;最后根据屏幕空间投影面积选择LOD模型进行渲染.实验结果表明,与原始模型和几何LOD方法相比,该方法分别实现了约10倍和5倍的渲染加速,可以实时渲染城市级大场景;在大幅度提高渲染效率的同时,基于72个个体样本的用户感知评价测试和基于动态范围无关算法的自动化测试结果证明,该方法渲染结果的视觉质量与原始模型相比无显著差异,是一种视觉无损渲染方法.     

基于二叉顶点树的视点相关实时LOD算法

本文提出了一种实时LOD算法，通过对二又顶点树的操作，实现在渲染过程中用不同的细节层次表示模型各部分。采用的细节层次的选择标准有：视见体剔除，背面剔除和屏幕空间的投影误差。实验结果表明该算法可以在保持一定的视觉效果的前提下，大大提高绘制效率。     

大规模地形的LOD生成算法研究

为了实时地绘制大规模地形数据,提出了一种改进的实时连续LOD生成算法.该算法采用分块分层的思想,首先将大规模高程数据进行分块,然后对块中数据按照分辨率的大小分层存储.根据视点位置和网格空间对象误差的关系建立基于四叉树的LOD模型,从而提高了大规模地形的绘制效率.使用该方法描述了太湖流域的地形,取得了良好的绘制效果.     

Transparency and antialiasing algorithms implemented with thevirtual pixel maps technique

The benefits of the virtual pixel maps technique in the support of high-quality rendering operations are described. A dedicated frame buffer with a fixed number of bits per pixel is inappropriate for implementing high-quality rendering techniques within the framework of a graphics computer system. The virtual pixel maps feature is an elegant abstraction for solving problems that inherently require a large number of bits per pixel. A system implementation is presented to illustrate the types of hardware rendering algorithms that benefit from the concept of virtual pixel maps. Two specific algorithms, namely, transparency and antialiasing, are used as examples, but many other algorithms could easily be adapted to such an environment     

GPU加速的台风可视化方法

自然现象的可视化是计算机图形学和虚拟现实领域的重要研究内容。对传统光线投射算法分析的基础上进行改进,提出基于球壳体的光线投射算法。将GPU运用于球壳体数据场的体绘制,设计了基于球壳体数据场的顶点着色程序和像素着色程序。同时,对台风源数据格式进行解析,生成了用于台风可视化的体数据,采用提出的算法实现了台风云层和因子的可视化。实验结果表明,本文基于GPU的球壳体光线投射算法在球体表面较好地实现了实时台风可视化效果。     

Interactive stereoscopic rendering of volumetric environments

We present an efficient stereoscopic rendering algorithm supporting interactive navigation through large-scale 3D voxel-based environments. In this algorithm, most of the pixel values of the right image are derived from the left image by a fast 3D warping based on a specific stereoscopic projection geometry. An accelerated volumetric ray casting then fills the remaining gaps in the warped right image. Our algorithm has been parallelized on a multiprocessor by employing effective task partitioning schemes and achieved a high cache coherency and load balancing. We also extend our stereoscopic rendering to include view-dependent shading and transparency effects. We have applied our algorithm in two virtual navigation systems, flythrough over terrain and virtual colonoscopy, and reached interactive stereoscopic rendering rates of more than 10 frames per second on a 16-processor SGI challenge.     

虚拟战场环境中地形场景的实时简化技术

三维地形场景实时简化是构建虚拟战场环境中的基本问题,本文论述了一种基于限制四叉树的地形简化算法,实现对规则格网DEM的连续多分辨率表示,结合实时消隐技术,减少场景绘制的三角形数目,提高了大规模DEM地形场景的实时可视化和动态交互的速度。     

基于分层图像融合的虚拟视点绘制算法

针对虚拟视点绘制过程中出现的重叠和空洞问题,提出一种新的虚拟视点绘制算法。通过形态学操作对三维图像变换后出现的空洞进行膨胀来消除伪影瑕疵,根据深度信息对左、右虚拟视点图像进行前景和背景分割,利用线性加权法对分割后的前景图像和背景图像进行分层融合解决像素重叠问题,对分层融合后的背景图像进行空洞填充并与前景图像融合得到虚拟视点图像。实验结果表明,与经典的Criminisi算法相比,该算法PSNR值提高了1.75 dB,具有较高的绘图质量。     

The truth about texture mapping

The author describes how the unique configuration of the planet Uranus influenced him to take a close look at how the layout of a texture map in memory affects the performance of the rendering algorithm. A planet rendering program that calculates, for each occupied pixel on the screen, the latitude and longitude visible at that pixel, is described. It uses this latitude and longitude to index into a texture map to get a surface color. The actual texture color comes from bilinearly interpolating the texture colors at the four texture map pixels that surround that latitude and longitude. This, along with the shading calculations, gives the net color of the pixel. The use of virtual memory, handling page faults, tiling, and address generation are considered     

虚拟场景中基于Motion Vector的人群图像绘制算法

针对虚拟场景中大规模人群图像绘制时由于采集图像数量有限,在视点连续变化时出现跳变的问题,提出了一种基于Motion Vector的图像绘制算法,该算法通过移动原始图像的像素位置生成相邻视点位置的图像,使得各个离散采样之间能够连续过渡,很好地解决了由于采样不足而引起的跳变问题,同时保证了绘制系统的实时性,实验结果验证了该算法的有效性。     

视野驱动的自适应阴影图

阴影图是当前实时阴影绘制中的一种经典算法。该算法基于图像空间,当有限分辨率的阴影图映射到较大场景中时,就会由于采样不足造成锯齿形变走样。提出了一种实时的反走样阴影图算法,该算法首先获取当前视点所能够看到的场景范围,然后绘制该范围内的阴影图,并映射到场景中生成实时阴影。该方法同经典的阴影图算法相比,避免了场景中不必要的阴影绘制,提高了阴影图的利用率,反走样的效果很好。而且,该方法只需要绘制一到两幅阴影图,算法的实时性很强,可以满足一个上百万面片的大规模场景中实时阴影绘制的需要。     

基于图象空间判据的地表模型加速绘制技术

在利用图形绘制实现虚拟现实的研究工作中，为了加速图形生成以保证实时的图形绘制，物体层次细节模型LoD(level of detail)的选择是其最主要的解决办法.其主要原理是根据物体对于观察者的重要性选择该物体绘制的细节.地表模型作为多边形网格模型的一种特殊几何模型，在各种虚拟现实系统中有着重要而广泛的应用.该文通过对地表模型实时生成特殊性要求的分析，提出具有焦点加权因子的基于图象空间误差的、适用于地表模型特殊性的、有效的加速简化方法.以焦点和显示面积的有效结合作为物体重要性评价尺度，有效地简化了地表模型的绘制.同时，算法结合均匀网格模型的多分辨率细节层次模型，以“块”作为地表模型大面积简化的空间单位，加速地表模型的简化操作，以实现较为复杂的地表模型的实时绘制.     

基于多体动力学理论的赛车游戏引擎的设计与实现

运动车辆的实时建模、动力学行为仿真是赛车虚拟环境中的重要组成部分。论文设计并实现了一实时赛车游戏引擎,在引擎车辆建模中提出了一种基于多体动力学理论实时逼真的赛车建模方法,对赛车的真实受力状况进行简化,模拟车辆的各种动力学行为和车辆运动的真实感绘制。并实现了引擎中的碰撞检测技术、音效处理技术、虚拟环境的实时绘制技术。增强用户漫游虚拟环境的沉浸感。