多尺度活动网格在云场景仿真中的应用

目的已有的基于网格的流体仿真方法存在效率低的问题,不利于物体参与交互,提出一种多尺度活动网格方法用于云场景的仿真以及云与物体的交互仿真。方法自动选择全局与局部网格的分辨率,对参与交互的物体建立OBB(oriented bounding box)层次包围盒以提高仿真效率。针对云的粘性系数非常小的特点,简化了它们的运动方程与热动力学方程。基于提出的方法对偏微分方程进行了离散化,在方程离散化处理过程中,采用迎风差分方法以保证仿真过程的稳定性。实现过程中,运用GPU的计算性能提高仿真速度。结果通过云场景的仿真进行了实验,结果表明,可以较为真实地绘制不同时间段的云场景,能满足大规模云场景的仿真需求,实现了云场景以及云与刚性物体交互的实时绘制。结论相比已有基于网格的方法,本文方法可以容易地在GPU上实现,且提高了仿真效率与绘制图像的真实感。     

三维动态云快速模拟的新方法

自然景观真实感的模拟是计算机图形学领域中的研究热点和难点之一.尽管人们对静态云的真实感模拟进行了大量的研究,动态云模拟的工作还比较少.动态云的快速模拟技术在计算机游戏动画、飞行视景仿真、影视广告等许多领域具有重要的应用价值.提出了一种三维动态云快速模拟的新方法.首先,在较低分辨率的网格上求解云运动的物理方程,获得动态云的速度场.然后,采用纹理漂移的方法来增加云的表面细节.通过充分利用GPU的加速性能,该算法可以达到较高的绘制速度.最后,对上述算法进一步优化处理,使其可以适用于多种硬件平台.     

雪场景真实感的实时建模与绘制

针对计算机图形学中雪场景的真实感渲染的难题,提出了一种实时绘制高真实感雪景的方法。首先采用类衰减正弦函数模拟雪花运动轨迹,在保证真实性的同时大大提高其实时性;然后基于温度变化与不同地表类型影响,提出了实时积雪-融雪模型,通过计算无损失的热传递积雪方程,提高了交互积雪场景动态渲染的真实性;最后采用GPU图形硬件加速技术提高了整个过程的计算效率,绘制效果逼真。     

高精度高速度曲面建模的3维地表模拟和漫游算法

三维真实感地形场景是生态系统模拟、虚拟地理环境和三维GIS不可或缺的要素,而高精度高速度曲面建模方法可以动态实时构建高精度曲面模型。论文引入高精度高速度曲面建模方法,提出了一种可以动态生成地表模型并实时绘制和漫游三维真实感地表的方法。该方法实时动态建立高精度DEM,结合改进的视点依赖多分辨率绘制方法,随视点改变动态重建并绘制当前DEM。首先建立当前可见场景的DEM,然后通过依赖于视点的简化等处理建立层次细节模型,进行实时场景绘制和漫游,随视点改变,在当前场景基础上动态加点和减点更新DEM及层次细节模型,生成当前可见场景,以次循环。实例测试表明,算法可产生真实感较强的场景,实时漫游效率较高,模拟精确。     

一种简化的流体方法快速仿真大型三维云场景

提出了一种改进的立体云模拟方法,用Navier-Stokes流体方程描述云的运动规律,同时考虑大气运动条件下云的特性,建立云的运动模型。在云的实时渲染方面,基于太阳光照方向和天气状况提出了一种简单的光照模型,大幅度地提高了云的渲染速度。此外,使用改进的环状Impostor技术来提高大范围云层的渲染速度。基于上述理论模型,利用实验室自主图形引擎开发了一套三维云仿真插件,广泛应用于各种实时仿真和科技娱乐项目中。该方法绘制的云具有规模大、真实感强、渲染速度快的特点。     

基于物理模型的近岸海浪建模与实时绘制

提出一种可以逼真地模拟大面积近岸海浪的方法。首先利用Boussinesq类方程求得指定海域一段时间内的海面运动序列;然后通过对此序列进行重建,得到"无限"长的海面运动序列;最后把相应的海面高度场作为顶点纹理进行绘制。在绘制时采用视点相关的海面网格,达到实时绘制的效果。实验表明,该方法模拟的大面积近岸海浪真实感强,绘制速度快,适合于实时仿真应用。     

海浪实时生成技术研究

在分析和研究海浪特点的基础上,提出了一种动态海浪高度场的实时建模与绘制方法,其核心是现场的分割算法,该算法不仅具有良好的常速泻染属性,而且能支持实时动态连续分辨率海兴高采烈表面的建模与仿真,应用该算法生成的具有较高的真实感,又具有较快的绘制速度,满足了虚拟海战场景的需要。     

基于细胞自动机的动态云实时模拟

具有真实感云的实时模拟应用非常广泛。基于细胞自动机技术建立云模型,明确了边界网格点的处理方法。通过改进变换规则,引入了上升气流的作用,加快了运行速度并反映了云的真实特性。在光照计算过程中,将多重前向散射光照运用于细胞自动机方法中,并将近似米氏散射的Henyey-Greenstein相位函数嵌入到前向散射光照模型。仿真实验表明,该方法提高了云的外观的真实性,可以实现云的实时绘制。     

基于Java3D多分辨率LOD地形可视化研究

针对网络虚拟环境的地形可视化方法进行了研究.提出利用构建网络环境中三维多分辨率地形LOD可视化方法.采用四叉树管理地形数据,随着视点变换,通过地形块网格细分可以实时生成连续的多分辨率地形网格,有效地消除了地形块之间的网格裂缝.基于Jaya3D场景图管理和更新地形数据和渲染.在场景绘制过程中,依据视距对不同地形块用不同分辨率的地形网格表示,在不影响真实感的同时,可以有效降低DEM节点数据量,达到实时渲染的目的.最后,通过DEM数字地形高程模型证明了算法的有效性.     

半透明物体漫散射效果的实时绘制与材质编辑

半透明物体透明效果的真实感绘制是近年来研究的热点,提出一种针对半透明物体漫散射效果的实时真实感绘制与材质动态编辑方法--基于双向表面散射反射率函数(BSSRDF)的Dipole近似.通过主元分析将Dipole近似中的漫散射材质甬数分解为与形状相关甬数和与半透明材质相关函数的乘积形式;利用该分解表示,在预辐射传输的实时真实感绘制框架下,通过对散射传输的预计算来实现在多种光源环境下对半透明物体材质的实时编辑.此外,还提出一种对预计算辐射传输数据在空域上进行二次小波压缩的方法,利用表面点在空间分布位置的相关性,在保证绘制质量的前提下,大大压缩了数据,提升了绘制效率.实验结果表明,文中方法可以生成具有高度真实感的半透明效果并保证实时的绘制速度.     

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.     

Free Path Sampling in High Resolution Inhomogeneous Participating Media

This paper presents efficient algorithms for free path sampling in heterogeneous participating media defined either by high‐resolution voxel arrays or generated procedurally. The method is based on the concept of mixing ‘virtual’ material or particles to the medium, augmenting the extinction coefficient to a function for which the free path can be sampled in a straightforward way. The virtual material is selected such that it modifies the volume density but does not alter the radiance. We define the total extinction coefficient of the real and virtual particles by a low‐resolution grid of super‐voxels that are much larger than the real voxels defining the medium. The computational complexity of the proposed method depends just on the resolution of the super‐voxel grid and does not grow with the resolution above the scale of super‐voxels. The method is particularly efficient to render large, low‐density, heterogeneous volumes, which should otherwise be defined by enormously high resolution voxel grids and where the average free path length would cross many voxels.     

Real Time Multiscale Rendering of Dense Dynamic Stackings

Dense dynamic aggregates of similar elements are frequent in natural phenomena and challenging to render under full real time constraints. The optimal representation to render them changes drastically depending on the distance at which they are observed, ranging from sets of detailed textured meshes for near views to point clouds for distant ones. Our multiscale representation use impostors to achieve the mid-range transition from mesh-based to point-based scales. To ensure a visual continuum, the impostor model should match as closely as possible the mesh on one side, and reduce to a single pixel response that equals point rendering on the other. In this paper, we propose a model based on rich spherical impostors, able to combine precomputed as well as dynamic procedural data, and offering seamless transitions from close instanced meshes to distant points. Our approach is architectured around an on-the-fly discrimination mechanism and intensively exploits the rough spherical geometry of the impostor proxy. In particular, we propose a new sampling mechanism to reconstruct novel views from the precomputed ones, together with a new conservative occlusion culling method, coupled with a two-pass rendering pipeline leveraging early-Z rejection. As a result, our system scales well and is even able to render sand, while supporting completely dynamic stackings.     

基于LiDAR点云数据的三角网构建算法

在现有Delaunay三角网生长法的基础上进行改进,提出了一种三角网生长算法.该算法对大规模点云进行等格网分块,自适应确定搜索范围.通过在构建过程中对生成的基线进行分组和排序,动态删除封闭点,提高了构建三角网的速度;通过在整个点集范围内进行搜索,避免了通过插值所产生的误差和模块之间的拼接过程.利用此算法对大规模LiDAR点云数据进行构网,结果表明了该算法的有效性.     

视景系统云层的特效模拟

如何对云层进行建模和渲染是计算机图形学研究的热点问题.尤其是在飞行仿真系统中,云层的显示效果对于飞行模拟和飞行训练来说是非常重要的.Reeves提出的粒子系统是模拟云层的一种有效的方法.在分析粒子系统实现原理的基础上,提出了一种在天空场景漫游系统中实时地绘制云层的方法.基本思想是采用粒子系统建立云层的3D模型并进行渲染制,结合纹理映射、光照模型来实现逼真的云层模拟效果,同时采用Billboard技术以及Impostor技术来提高系统的实时性.实践证明,该方法实现的云层效果比较真实,而且在普通的PC机上也可以满足一般的实时性要求.     

Inexpensive Reconstruction and Rendering of Realistic Roadside Landscapes

In this paper, we present an inexpensive approach to create highly detailed reconstructions of the landscape surrounding a road. Our method is based on a space‐efficient semi‐procedural representation of the terrain and vegetation supporting high‐quality real‐time rendering not only for aerial views but also at road level. We can integrate photographs along selected road stretches. We merge the point clouds extracted from these photographs with a low‐resolution digital terrain model through a novel algorithm which is robust against noise and missing data. We pre‐compute plausible locations for trees through an algorithm which takes into account perceptual cues. At runtime we render the reconstructed terrain along with plants generated procedurally according to pre‐computed parameters. Our rendering algorithm ensures visual consistency with aerial imagery and thus it can be integrated seamlessly with current virtual globes.     

基于虚拟格网的建筑物点云轮廓线自动提取

在分析现有轮廓线提取方法不足的基础上，提出基于虚拟格网的建筑物轮廓线自动提取方法。该方法利用建筑物点云生成虚拟格网并进行二值填充；采用邻域分析方法进行边界格网的标记与追踪；为了避免边界追踪错误，设计了基于方向的单边缘格网抑制方法及基于距离的连接关系调整方法以改善提取结果质量；根据格网追踪结果，从原始建筑物点云中提取真实轮廓点以保持原始建筑物轮廓形态；采用随机抽样一致性估计及最小二乘拟合方法进行轮廓线规则化处理，实现建筑物轮廓线的自动提取。实验结果表明，该方法能快速从建筑物点云中提取轮廓线，可为建筑物轮廓线的自动提取提供一种可行的解决方案。     

Scalable Height Field Self‐Shadowing

We present a new method suitable for general purpose graphics processing units to render self‐shadows on dynamic height fields under dynamic light environments in real‐time. Visibility for each point in the height field is determined as the exact horizon for a set of azimuthal directions in time linear in height field size and the number of directions. The surface is shaded using the horizon information and a high‐resolution light environment extracted on‐line from a high dynamic range cube map, allowing for detailed extended shadows. The desired accuracy for any geometric content and lighting complexity can be matched by choosing a suitable number of azimuthal directions. Our method is able to represent arbitrary features of both high‐ and low‐frequency, unifying hard and soft shadowing. We achieve 23 fps on 1024×1024 height fields with 64 azimuthal directions under a 256×64 environment lighting on an Nvidia GTX 280 GPU.