基于点采样的大规模三维模型显示

大规模三维模型的实时显示一直是许多虚拟现实应用追求的目标之一,也是计算机图形学领域的研究热点之一。文中采用基于采样点的显示方法,把具有显示质量优势的传统三角形与显示速度快、简化表示能力强的采样点,通过八叉树有机组织起来;通过对基本算法做出有效的改进,并添加计算分解和重用、有效的数据管理等模块,以高效的实现方式完成了30,000个独立运动的虚拟人场景的实时显示。文中的方法也可处理其它场景,能直接应用于紧急疏散或影视、游戏等领域中大规模三维模型的显示,具有很好的应用前景。     

一种基于多线程加速的大规模群体仿真方法

大规模群体仿真技术可以提高虚拟场景的临场感和趣味性,在游戏娱乐、演习训练、建筑设计等领域具有重要的应用价值。然而,常用于虚拟场景开发的游戏引擎难以实现大规模群体仿真。设计一种基于多线程加速的大规模群体仿真方法,提升大规模群体仿真包含的群体动画渲染和群体行为模拟性能。针对大规模群体动画渲染,在GPU蒙皮渲染算法上加入群体动画状态的多线程计算,实现群体动画状态与蒙皮动画的加速计算;针对大规模群体行为模拟,将自主性群体行为算法修改为速度模型,与多线程优化后的最优互相碰撞避让算法结合,实现群体的避让行为,提升群体行为模拟效率。实验结果表明,该方法可以很好地与游戏引擎结合,实现复杂场景的大规模群体仿真,提升大规模群体场景帧率。     

基于分治采样的实时复杂光源照明

现有渲染复杂光源光照的技术大多需要一个长时间的预处理阶段,一不需要预处理的技术往往只专注某一类型的光照效果.为了解决不同类型光照计算需要不同类型采样策略的问题,提出一个新的、不需预计算的高效涫染复杂光源光照的框架.通过对渲染方程进行分治采样,统一的光照计算被分解为高频反射、低频反射以及遮挡阴影3项,每一项采用不同的采样策略计算,以使各部分都能在较短的时间内得到高质量的渲染结果.高频反射项根据材质BRDF的特性进行重要性采样;低频反射项是以光源亮度作为采样权重对光源进行预采样计算得到的;遮挡项的结果由屏幕空间的深度信息采样计算得到.由于遮挡阴影的低频特性,间隔采样技术可以在保持视觉效果的同时大大减少每个像素的采样数量.此渲染框架易于在GPU上实现,且可以解决很多实时渲染问题.实验结果以及对比表明,应用该技术框架能够处理完整的复杂光照效果,且达到比现有技术更高的渲染质量.     

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。     

基于场景结合的大规模动态群体可见性计算方法

动态场景的可见性计算对于大规模场景的实时渲染具有重要意义,其中运动中的大规模群体更给可见性计算带来了很大的开销.针对大规模动态群体在建筑物场景内部运动的情况,提出一种与场景结合的动态群体可见性计算方法.在预处理时,根据个体在不同仿真时刻的位置,将其绑定到相应的场景节点中;在实时绘制时,结合场景的可见性判断结果对动态群体中的个体进行可见性判断.实验结果表明,该方法能高效地剔除动态群体中的不可见个体,使大规模动态场景的实时绘制效率得到明显提高.     

基于时空重采样的实时随机光源裁剪EI北大核心CSCD

为了渲染含大量动态光源的动态场景,提出一种时空重采样算法.首先利用实时随机光源裁剪对光源进行重要性采样,生成重采样样本;然后提出一种快速时空样本有效性判断方式,通过检查几何属性与可见性,避免错误选择重采样样本而引入误差;最后通过重采样复用时空样本,依样本权重选择重要样本进行着色,提高样本质量.自建场景与NVIDIA ORCA场景的实验结果表明,所提算法能够取得较好的采样质量,通过修改空间重采样数可平衡该算法的耗时与渲染质量,使之具有一定的拓展性;与实时随机光源裁剪算法相比,在相同采样数时该算法能够取得更高的渲染质量,而渲染质量相近时该算法耗时可减少20%~40%.     

大规模三维地形与天空场景的实时渲染

大规模三维室外场景包含大量的几何和纹理数据,给实时渲染带来了一定的难度.讨论基于四叉树结构的LOD地形和圆型天空体渲染方法,并在数据结构、可见性判定、算法实现等方面进行了优化,在此基础上,结合OpenGL和Visual Studio2005等工具进行开发和实验.实验结果表明,该方法能够根据不同的地形分辨率及视野范围,进行裁剪和剔除,有效地提高场景渲染的帧数,满足了实时渲染的要求.     

基于角点采样的多目标跟踪方法

为了跟踪互遮挡的多个目标,提出了一种基于角点采样的多目标跟踪方法。该方法以遮挡发生前的各目标区域中的Harris角点信息为样本,在遮挡发生情况下,采取K近邻分类器对目标区域中提取的角点信息进行分类,以有效区分遮挡在一起的多个目标。在角点特征提取过程中,还提出了双阈值Harris角点检测算法,用于自适应、准确地提取运动区域中角点信息。实验结果表明,该方法能有效区分遮挡在一起,且没有分裂之前的多个目标。     

一种采样点曲线逼近算法

文章提出了一种利用分段二次Bezier曲线逼近曲线的方法,可用于一般植物根形体模拟,其优点是简单,计算快速,通过采样点并保证了交接点一阶光滑性。在虚拟小麦根的实验中显示出很好的效果。     

基于三角带模板的大规模地形实时绘制方法

大规模地形的绘制技术一直是国内外虚拟现实领域的研究热点。为快速实时绘制,又保持真实性,提出一种基于三角带模板的大规模地形实时仿真方法。可用在战场环境仿真、飞行仿真、3D游戏等仿真系统中。先进行地形数据预处理,将地形分成若干相等的小块,并且计算每个小块的包围盒,然后根据地形块的大小确定一族三角带模板。实时绘制时,根据包围盒的屏幕投影误差因子选择合适的三角带模板,用三角带模板快速绘制地形块。采用扫描视锥体投影三角形裁剪方法剔除不需要绘制的地形块,并且采用添加阴影平面的方法消除地形裂缝。最后,在Puget Sound地形数据上进行了实验并进行了分析。实验证明,方法是可行和有效的。     

大规模三维云实时模拟方法

针对虚拟环境中大规模三维云渲染开销大的问题,提出一种大规模三维云实时模拟方法.在云建模方面,利用Navier-Stokes流体力学公式模拟云的动态生成,提出一种基于八叉树的模型化简策略,减少了云模型粒子数;在渲染阶段,提出一种基于Cell的绘制更新策略,结合Impostor技术自动混合绘制三维云与Impostor,实现了大规模三维云的实时模拟.实验结果表明,该方法基于物理的方法模拟云,同时在绘制阶段根据视点的移动实时更新,效果逼真;与同类方法相比,基于Cell的绘制策略更新时计算量更小,有效地避免了绘制更新时常见的抖动和跳变问题.     

Survey of Real-Time Rendering Techniques for Crowds

Real‐time rendering of photo‐realistic humans is considerably outside the scope of current consumer‐level computer hardware. There are many techniques, which attempt to bridge the gap between what is desired and what is possible. This paper aims to give an overview of the techniques designed to alter the complexity of the model's geometry (level of detail), or replace it with a flat image (visual impostor) and to improve the lighting model (lighting and shadows). Recent years have shown a boom in the power and availability of consumer‐level programmable graphics processors, thus techniques that make use of these features are coming to the forefront.     

基于Storm的大容量实时人脸检索系统

针对公共安全领域能够获取的人脸图像数据急速增长,传统的人工方式辨别人物身份工作量大、实时性差、准确度低,本文设计了一种大容量实时人脸检索系统.该系统通过Storm分布式平台实现人脸抓拍图像的实时存储与检索,通过HBase分布式存储系统实现大容量非结构化人脸数据的存储与维护.多组实验结果表明,该系统具有良好的加速比,在大容量人脸图像数据检索场景下具有良好的可扩展性和实时性.     

大规模点模型的实时高质量绘制

提出了一个针对大规模点模型的实时高质量绘制算法．该算法采用距离相关的自适应绘制策略,在不损失绘制质量的前提下简化了计算．在预处理阶段,对点模型进行剖分,为每一分片分别建立层次结构,并序列化为线性二叉树保存．绘制时,首先根据每片的包围盒和法向等信息进行快速视域裁剪与背面剔除．对于可见的分片,依据它与视点的距离和视线方向,选择恰当的细节层次,直接取出线性二叉树中对应的点几何数据,自适应地选择最合适的绘制模式对其进行绘制．为了减少存储空间的消耗,该文提出了一种面向保留模式图形硬件加速的点模型压缩和解压缩算法,压缩比例达到8：1．作者在可编程图形硬件中实现了该文算法,在普通微机上实现了百万数量级点模型的实时高质量绘制。     

基于三维纹理的实时流体模拟

本文描述了一种利用基于Open GL三维纹理实现的直接体绘制方式显示流体模拟结果的方法。以JosStam的二维流体模拟模型为基础，扩展出三维流体模拟的模型；然后通过将密度场映射到三维纹理空间，实现实时的显示；并通过引入全局光照模型，得到真实感的渲染效果。最后通过与粒子系统进行对比，分析了本方法的显示效果优势。     

基于WebGL的3D动画实时播放系统

由于受到网络带宽及三维动画数据量过大等因素的影响,三维动画如果要在网络上一次性传输往往需要花费比较长的时间.这不仅影响了动画播放的实时性,同时,传输过程中数据的不完整也会造成动画播放不流畅.通过对基于WebGL的三维动画实时播放关键技术的研究,提出模型文件预加载、文件压缩传输等方法,在有限带宽的条件下将三维动画内容实时传输到用户端,利用WebGL技术实现三维模型的创建和渲染,并在此基础上实现三维动画实时播放,使用户能够直接通过浏览器进行观看,或参与到场景交互中.     

Large-Scale Terrain Simplification and Visualization Based on TIN

In the preprocessing phase, the global terrain model is partitioned into blocks with their feature points being picked out to generate TIN model for each terrain block, then the multi-resolution models of terrain organized in the form of quad-tree is created bottom-up. Cracks between terrain blocks are avoided by inserting vertices to form common boundaries. At run-time, a view-dependent LOD algorithm is used to control the loading and unloading of the proper blocks by an additional synchronous thread. To e...     

大规模雪场景的实时绘制

大规模雪场景的真实感实时绘制在虚拟现实、雪灾的预防和救援、军事仿真及游戏设计等领域有着广泛的应用价值,但现有方法难以同时生成大规模动态雪场景的积雪及飘雪效果.为此提出并实现了一种交互式大规模雪场景建模与实时绘制的新方法.为了精细地模拟场景的积雪效果,提出一种基于视点的自适应降雪遮挡图模型,能在实时更新地物的遮挡关系的同时大大减少大规模雪场景中积雪的计算量,并提高了计算精度;对于场景的飘雪,采用一种基于视点的雪粒子分层建模技术来减少雪粒子数量,将视点变换及降雪粒子系统移至GPU中进行加速计算;采用动态多旋转纹理来模拟飘落雪花的形状以增加其真实感;采用几何与纹理混合绘制的方式来减少大场景的复杂度.最终成功地实现了野外和城市两个大规模雪场景的实时漫游,在场景中可看到压雪累累的树枝雪挂景象及轿车上厚厚积雪等冬天美景.     

A Fast Ambient Occlusion Method for Real-Time Plant Rendering

Global illumination effects are crucial for virtual plant rendering. Whereas real-time global illumination rendering of plants is impractical, ambient occlusion is an efficient alternative approximation. A tree model with millions of triangles is common, and the triangles can be considered as randomly distributed. The existing ambient occlusion methods fail to apply on such a type of object. In this paper, we present a new ambient occlusion method dedicated to real time plant rendering with limited user interaction. This method is a three-step ambient occlusion calculation framework which is suitable for a huge number of geometry objects distributed randomly in space. The complexity of the proposed algorithm is O（n）, compared to the conventional methods with complexities of O（n^2）. Furthermore, parameters in this method can be easily adjusted to achieve flexible ambient occlusion effects. With this ambient occlusion calculation method, we can manipulate plant models with millions of organs, as well as geometry objects with large number of randomly distributed components with affordable time, and with perceptual quality comparable to the previous ambient occlusion methods.