基于OSG的镜面反射特效的实现

针对虚拟现实领域中如何提高渲染性能的问题,提出采用OSG(Open Scene Graph)图形开发接口实现镜面反射特效.由于镜面反射特效中的反射映像需通过绘制被反射物体的镜像拷贝来实现,而OSG的场景图技术支持对象实例的重用,它可以在一次加载几何体模型的情况下,给模型添加多个父节点,用以绘制不同状态的模型.同时,OSG采用StateSet类管理渲染状态,每个StateSet对象可以自动优化状态设置,使状态转变量最小,从而提升渲染性能.实验证明,用OSG开发库可以快速模拟出真实的镜面反射现象,并有效避免了冗余状态的设置.     

杉木人工林林分可视化模拟系统设计与实现

在林业领域,森林生长模型的预测结果可以提供丰富的详细信息,然而传统使用文本或统计表的方式表达模拟结果不利于结果的分析和理解。针对此问题,根据林分结构描述参数和分析内容的具体可视化需求,集成虚拟植物、可视化技术和森林径阶模型,设计了杉木人工林林分可视化模拟系统的体系结构。利用VS2008开发平台、Arc Engine与OSG图形渲染引擎,在Vis Forest原型系统的基础上,开发集成Weibull分布模型、杉木胸径与树高和冠幅的关系模型等,形成杉木人工林可视化模拟系统。系统实现了林分结构的统计分析、二维可视化和二三维一体化的可视化模拟。该系统为林分生长和林分经营管理的研究和决策提供了直观高效的表达手段和可视化分析工具。     

基于OSG的分形L-系统三维树木仿真

对现实中的树木结构进行研究,在L系统的基础上对字符集进行扩展,设计了更加丰富的树木L文法描述,提出了比较符合树木生长过程的几何幂衰减规律,并结合图形渲染引擎OSG (open scene graph)实现了三维树木的树干部分的绘制.通过给树木的树干部分添加纹理、绘制树叶并给树叶添加阴影,使得绘制的树木更加真实自然.将绘制的树木作为一个节点加载到虚拟场景中,增强了虚拟场景的真实感.     

一种云场景的实时渲染方法

探讨了真实感云场景的模拟技术,设计了一种云场景的实时渲染方法。基于Perlin噪声建模生成云浓度图,并采用考虑浓度的Phong光照模型与单向散射光照模型,分别计算反射光和透射光,改善了传统方法无法真实反映不同角度太阳光照的问题,实现了不同时段动态云场景的绘制。通过引入基于GPU的Bumping纹理算法与Render-to-Texture技术,极大提高了云场景的渲染速度。实验结果进一步表明该方法能够同时满足真实感与实时性两个方面的要求。     

森林场景的钢笔风格化实时绘制技术*

在大型复杂场景绘制关键技术研究项目中,通过把复杂场景绘制与调度技术,如Slicing、MMI、层次图像缓存和基本布告板等大场景实时加速绘制技术的多层次绘制方法,融合到非真实感绘制技术中,以提高系统面对复杂场景的实时绘制能力。最后实现了对森林等大型场景的钢笔画绘制,借助非真实感绘制技术中基于图像空间的生成方法,利用各种不同大小及形状的笔画实现了艺术化森林场景实时交互绘制。提出了植物多层次钢笔风格化渲染算法。     

视点依赖的温室场景模拟与交互式漫游

为对包含日光温室的农业场景进行实时、逼真的绘制,采用基于视点的连续细节层次（LOD）来减少实际需要绘制的网格数据量,并基于包围盒技术实现了视点的碰撞检测,同时使用可见性剔除算法来加速场景渲染速度。在渲染温室内植物时,通过几何变换实现了大规模植物群体的快速构建,并在场景中使用阴影体算法来渲染阴影,生成了具有真实感的大规模温室农业场景。模拟结果表明该方法能有效地减少渲染的面元数目,大大提高了绘制速率,场景有较高的真实感,能够满足交互式实时漫游的要求。     

高质量的三维纹理硬件体绘制

与光线投射法相比,传统的3D纹理体绘制算法通常难以产生高质量的图像。为了增强渲染图像的真实感与质量,在基于GPU（Graphics Processing Unit）的三维纹理体绘制过程中以交互的速率实现了体阴影效果,并考虑现实图像合成中的可视化感知,提出将基于GPU的高动态范围色调映射技术应用到体绘制得到的结果图片中。最后对一些体数据集进行绘制,实验表明这些技术较好地解决了传统纹理绘制方法的缺点,提高了图像的质量。     

应用薄膜干涉模型进行蝴蝶彩色效果物理绘制

针对当前蝴蝶彩色效果绘制方法的真实感问题,提出一种应用薄膜干涉模型的真实感绘制方法.首先根据蝴蝶表面脊突结构构造多层薄膜模型;然后利用多层薄膜干涉原理模拟光在薄膜内部的多次反射、透射形成的混合散射特性,其中,菲涅尔公式被引入以解释反射或透射波的幅值变化,微表面散射因子被创造性地引入来模拟蝴蝶粗糙表面的各向异性特性;最后通过全波长光谱建模增强干涉效果,在此基础上还将该算法与光线追踪渲染框架相结合,构建了可应用于光线追踪器的波动双向散射分布函数干涉模型,以精确地模拟光的幅值和相位变动.实验结果表明,该模型能够有效地绘制出较为逼真的蝴蝶彩色效果.     

基于颜色层次矩阵的卡通着色技术

传统的卡通着色技术是基于纹理技术,通过表面属性与光线矢量的关系来确定表面像素色彩.从感知心理学非真实感绘制模型和卡通渲染过程入手,在对传统的卡通着色技术研究分析的基础上,提出了基于颜色层次矩阵的卡通着色技术.不依赖于纹理,而是通过操作颜色层次矩阵进行渲染,其优点是能够实现多层次卡通渲染并在不同的约束条件下,能够灵活快速地实现多种效果.通过与传统方法的比较,结果表明算法具有较高的有效性和灵活性,为计算机非真实感绘制继续进行艺术加工奠定了基础.     

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。     

森林场景可视化和林火模拟仿真技术研究综述

森林是生态环境系统的重要组成部分。随着气候变暖,恶劣气候气象条件造成全球森林火灾频繁发生,给国民经济和消防救援带来巨大挑战,森林火灾已成为全球主要的自然灾害。因此,森林场景可视化建模、3维场景仿真、林火模拟仿真、火场复现、预测和灾害评估成为林业虚拟仿真研究热点。本文对树木形态结构建模技术、森林场景大规模重建和实时渲染、森林场景可视化、林火模型和林火模拟仿真等前沿技术和算法进行综述。对相关的林木、植被的形态结构表达和真实感可视化建模方法进行归纳分类,并对不同可视化方法的算法优劣、复杂度、实时渲染效率和适用场景进行讨论。基于规则的林木建模方法和基于林分特征的真实场景重建方法对大规模森林场景重建技术进行分类,基于物理模型、经验模型和半经验模型对森林火灾的林火模型、单木林火、多木林火模拟和蔓延进行总结,对影响林火蔓延的不同环境气象因子（如地形地貌、湿度、可燃物等）和森林分布对林火发生、扩散和蔓延的影响进行分析,对不同算法的优劣进行对比、分析和讨论,对森林场景可视化和林火模拟仿真技术未来的发展方向、存在问题和挑战进行展望。本文为基于森林真实场景的森林火灾模拟仿真和数字孪生沉浸式互动模拟系统的构建提供了理论方法基础,该平台可以实现森林场景快速构建、不同火源林火模拟、火场蔓延模拟仿真以及不同气象影响条件的火场预测,可对森林火场救援指挥、火场灾害评估和火场复原提供可视化决策支持。     

采用八叉树和OSG分页结点的海量点云三维可视化

针对现有海量点云可视化方法存在索引构建时间长、内存占用大等问题，研究一种八叉树索引结合OSG分页结点的快速可视化方法，可在占用较小内存的基础上快速建立点云索引并实时调度。采用八叉树索引结构对海量点云进行数据组织，建立各层级的八叉树结点并以文件映射的方式分块保存，对结点文件重组织转换为支持OSG渲染引擎的多分辨率点云数据。采用基于OSG分页结点的实时调度技术，对海量点云进行高质量可视化。与目前两款主流的点云数据处理商业软件进行实验对比分析，结果表明所提方法具有索引建立速度快、内存占用小等优点，同时可视化交互更加流畅，适用于各种配置计算机下海量点云数据的调度管理与实时可视化。     

基于OSG的水利工程三维可视化系统研究与应用

结合虚拟现实技术在水利工程三维可视化系统中的应用,通过对流域地形仿真、洪水演进模拟的三维可视化研究,以等高线数据为基础,使用VPB及ArcGIS构建地形模型,采用VC＋＋结合OSG的可视化开发环境建立了水利工程可视化模拟系统,实现了三维场景漫游、空间信息查询、洪水演进模拟等功能。该系统能在PC机上流畅地运行,图形的生成速度和质量较高。     

月面探测器三维可视化方法研究

随着我国探月工程的推进,最后一阶段的任务便是在月面完成无人采样并安全返回.为了能在地面模拟出探测器在月面的实时情况,本研究使用Autodesk 3dsmax创建探测器模型后转成3DS格式的文件,并利用C++和OSG库实现对探测器的三维重构并进行可视化显示,实验结果表明：OSG库能够满足对探测器的可视化显示的需求,为未来"嫦娥五号"工程月面采样的可视化显示提供了一定的参考依据.     

三维可视化技术在数字林业中的应用研究

数字林业的三维可视化是在林学和计算机图形学领域研究的一个热点,从简单的林木三维建模到辅助进行森林空间结构合理化,三维可视化技术都提供了全新的森林经营理念和生产管理方式。从树木模型、虚拟林相图、生长模型、林火模拟、病虫害监测、森林空间结构六个方面介绍了三维可视化技术在数字林业中的应用概况,并且分析了三维可视化技术对林业生产、经营、管理、决策等起到的重要作用。森林资源信息量大、涉及面广、关系复杂,因此森林资源三维可视化的研究还需要不断深入。     

隐式曲面在三维植物建模中的应用研究综述

分别从BlobTree结构、融合、精确接触造型、具有多项式密度分布的直线骨架卷积曲面和植物表面纹理等方面,介绍并分析了隐式曲面在三维植物建模中的基本思想和关键技术,并对应用隐式曲面得到三维模型的可视化方法进行了总结。最后对这一研究课题进一步的发展趋势进行了讨论。     

River run: an interactive GIS and dynamic graphing website for decision support and exploratory data analysis of water quality parameters of the lower Cape Fear river

To visualize the water quality of the Lower Cape Fear River basin a Decision Support System (DSS) web site was developed which incorporates dynamic graphing and Geographic Information System (GIS) software. Together, these two software packages enable users to interact with water quality variables in order to investigate the spatial and temporal complexity of the data. The result of this research is that graphing and GIS technology are capable of being implemented over the Internet and that complex water quality data can be successfully disseminated using this medium. However, there remains a need to seamlessly link the graphing and GIS software which will make the visualization tools much more successful at communicating the complex spatial and temporal data.     

三维可视化技术在数字林业中的应用研究

数字林业的三维可视化是在林学和计算机图形学领域研究的一个热点,从简单的林木三维建模到辅助进行森林空间结构合理化,三维可视化技术都提供了全新的森林经营理念和生产管理方式。从树木模型、虚拟林相图、生长模型、林火模拟、病虫害监测、森林空间结构六个方面介绍了三维可视化技术在数字林业中的应用概况,并且分析了三维可视化技术对林业生产、经营、管理、决策等起到的重要作用。森林资源信息量大、涉及面广、关系复杂,因此森林资源三维可视化的研究还需要不断深入。     

多风格融合的复杂森林场景自适应可视化

为了保证森林场景可视化时的真实感,同时保持动态森林场景生成时间的恒定性,本文提出了一种多风格融合的复杂森林场景自适应可视化方法。该方法利用基于视距的模型分布函数来控制树木模型的分布比例,从而建立多风格融合的森林可视化模型;在此基础上,根据复杂森林场景中树木生长模型的计算时间、三维树木绘制时间的估算结果,以及树木的视觉重要性,确定生成森林场景的最佳方案。该方法能够使复杂动态森林场景的生成时间保持较好的稳定性,并且在可视化过程中根据仿真效果动态调整绘制策略。为了验证该方法的有效性和实用性,在动态生长的森林仿真场景中对本文的方法进行了实验和应用。应用结果表明,多风格融合的森林场景自适应可视化方法能在保证森林场景可视化真实感的基础上,有效地提升复杂森林场景的绘制速度,使森林场景的快速漫游具有更好的稳定性和流畅性。     

基于植物间互利作用的森林生长模型快速计算

植物间互利作用的研究与探索有助于加强林业生产中的混交林建设,从而提高林分生产力。为了快速地模拟植物间互利作用下的生长情况,提出了一种利用植物间互利生长模型进行森林场景快速可视化的方法。该方法通过植物间互利指数、植物自身的生长率、植物当前生物量、环境条件等参数将Lotka-Volterra种间互利模型与植物个体生长模型进行融合,并采用像素化方法进行快速计算,以模拟互利植物的生长情况。通过水曲柳和落叶松混交林在不同的环境资源条件、分布密度、生长时间等条件下的可视化仿真,验证了基于植物间互利作用的森林生长模型快速计算方法的有效性和实用性。