视点相关的真实感三维风景区模拟研究与实现

提出采用八叉树组织真实山体数据,根据视点距离采用不同的细节层次LOD表示山体各部分,并结合视觉剪裁和帧间相关性进一步减少绘制的山体,达到加速三维地形的绘制和漫游的目的.使用混合纹理映射、阴影渲染技术,并加入山谷中的水面模拟,生成具有真实感的大规模三维风景场景.实验结果表明该方法有效地减少了算法复杂度,易实现碰撞检测,大大提高了绘制效率,在PC机上能实时地生成高分辨率、具有真实感的场景,完全满足VR交互要求.     

基于分形理论的三维地形场景的真实感绘制

如何在PC机上进行三维地形场景的真实感绘制一直是一个挑战性课题。三维地形场景的真实感绘制追求的两个目标是绘制的逼真度和绘制的实时性,需要在不明显降低图像质量的条件下保持较高的交互帧速率。该文运用分形理论生成三维地形场景,为了满足实时性的要求,采用连续LOD算法和其它技术来加速地形绘制;为了满足逼真度的需求,采用纹理映射和光照映射。这种方法可以在普通微机上基于分形理论实现三维场景的真实感绘制,达到实时性和逼真度的要求。     

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。     

基于特征草图和分形插值的可控真实感地形合成

三维地形在各种虚拟室外场景设计与制作中有着广泛的应用,为实现地形合成结果的可预测性和可控制性,提出一种基于特征草图绘制和独立山体拼合的真实感地形合成算法。首先在四叉树结构细分下借助改进的分形插值方法生成多个不同形状和地表特征的独立山体;然后,在用户绘制的期望地形特征曲线的控制下将一定数量的独立山体自然拼合生成最终的三维地形模型。实验结果表明,算法不仅能有效控制地形合成结果,同时支持多种类型的真实感虚拟地形的合成。     

虚拟现实中三维仿真地形的生成

本文讨论了基于分形布朗运动的地形生成算法,根据此算法编制程序绘制了三维真实感图形,并实现了虚拟漫游。应用该算法生成的地形,具有较好的真实感,绘制速度较快,适用于虚拟现实中各种虚拟场景的创建。     

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。     

基于纹理映射和fBm的真实感地形研究

在文章中讨论了三维真实感地形表现在OpenGL支持下的分形模型的建立、纹理映射技术等。并提出了基于纹理映射技术的fBm算法，应用该算法生成的地形，既具有较高的真实感，又具有较快的绘制速度，适用于各种虚拟场景的创建。     

模型LOD简化的可视化实现

细节层次模型是指对同一个场景或场景中的物体,使用具有不同细节的描述方法得到一组模型,供绘制时选择使用,本文结合DEM均匀网格模型,建立了多层次LOD数据模型,有效地简化了地形模型的绘制,提高了生成效率,使得生成的三维地形有较高的可视性和真实感。     

真实感云的快速建模

快速云建模便于真实的三维室外场景规划,提出概率场参数控制的元胞自动机方法近似模拟云生成的物理过程,生成云密度体数据,引入符合粒子运动规律的不规则布朗运动随机模型创建概率场,生成的云具有真实云的外形特征.所有建模过程在可编程图形硬件卡上实现,模拟速度满足交互式系统要求.引入考虑了太阳光和背景光的单次散射光照模型,利用光线投射直接体绘制渲染出三维真实感强的云图像.应用到三维虚拟地理环境中增强了场景真实感,建模绘制速度满足交互要求.     

真实感眩光效果实时绘制

针对现有眩光效果绘制方法的真实感和速度问题,提出一种基于GPU的真实感眩光效果绘制方法.首先根据光圈和镜头生成带有随机镜头噪声的二维衍射光栅图像;其次考虑夫琅禾费和菲涅耳2种不同的衍射效果,利用预存算法系数的快速傅里叶变换模拟衍射效果的光学过程,并通过衍射效果的光谱模型实现真实感绘制,同时利用2个独立的一维高斯卷积核加速实现bloom效果;再通过随机小角度旋转和混合操作进行真实感增强;最后采用实时光线跟踪渲染框架,在三维场景中实现了真实感眩光效果的实时绘制.该方法的主要步骤采用CUDA实现,充分利用了GPU强大的并行计算能力并兼顾考虑存储器优化策略.实验结果表明,文中方法绘制结果具有较强的真实感和实时性.     

基于梯形阴影映射技术的平截头体交汇算法

阴影映射是在三维计算机图形中加入阴影的过程,在三维动画中有广泛的应用,但该算法容易产生走样,使用一种基于梯形阴影映射的平截头体交汇算法,对阴影映射进行了反走样处理。实验表明,该方法对于阴影映射分辨率和它们之间平滑过渡的总体能够有很好的把握和控制,能够生成高质量的阴影。     

基于World Wind三维模型加载的视锥裁剪改进算法研究

为了解决World Wind中三维模型加载速度慢、效率低、占用内存高、显示效果不佳等问题。该文通过研究World Wind运行机制,分析三维模型的显示原理并对其显示过程中所采用的视锥裁剪算法进行了改进。实验结果表明,该文提出的视锥裁剪改进算法可有效提高三维模型加载速度,减小内存占用率,为基于World Wind的后续研究打下良好基础。     

基于改进型四叉树算法的室外大规模场景实时渲染

在大规模场景渲染过程中,场景中节点的存储、查找,以及视域剔除是影响渲染速度的重要因素。采用一种改进型四叉树算法存储和查找顶点,采用迭代算法替换了原有的递归生成算法,利用该四叉树算法实现了射线检测和视域剔除。实验结果表明,该方法能够有效提高室外场景的渲染帧数,利用它在视域剔除上能发挥本身的层次特性和编码的有序性优点,可以避免和减少视域剔除算法中大量直线与面相交的计算,提高视域剔除算法的效率。     

面向GPU的批LOD地形实时绘制

为提高大规模地形实时渲染时的绘制效率,提出一种使用地形分块作为处理单元的批LOD算法。在预处理阶段,将多分辨率的地形数据划分成适于GPU批处理的分块,使用四叉树进行分块的有效组织。在此基础上,提出一种基于分块绘制的LOD误差标准,简化层次选取的计算量,通过增加"裙"和进行几何变形实现了层次间的有效过渡;实时绘制过程中,使用视锥裁剪减少进入图形硬件的数据量,利用地形四叉树列表和预测机制实现地形数据的有效加载管理。实验结果表明,本文算法能够充分发挥图形硬件的性能,具有较高的地形实时渲染效率。     

基于视角的可视区动态裁剪算法研究

讨论了地形绘制中可视区裁剪技术及基本原理，提出一种地形实时绘制中基于LOD技术的可视区裁剪方法。该方法通过设定分辨率级别，动态建立与各分辨率级别相应的视图体和地形节点包围球，有效地判断地形节点与视图体的关系，快速的建立LOD模型。     

The Efficiency Analysis of Skyscrapers Based on the Inner Traffic

The effectiveness of investment on a skyscraper exists as a problem because a substantial portion of the space may be necessary for the inner traffic. We theoretically analyze the influence of such factors of a building as the shape, the height, etc. on the effectiveness of investment.     

面向具有重复结构的大规模CAD模型的快速渲染

目的 基于普通个人计算机快速渲染大规模计算机辅助设计（CAD）模型仍然是个挑战。针对由少量基本对象按一定规律排布而成的大规模CAD模型——重复结构CAD模型,提出一种快速渲染方法,能够在个人计算机上的快速渲染大规模重复结构CAD模型。方法 该方法首先利用重复结构CAD模型的层次结构特征,结合现代GPU的Render-To-Texture的功能进行快速视锥裁剪,节约视锥裁剪时间;然后利用重复结构CAD模型中对象按规律布置的特点,仅对少量基本对象进行面片化,其他对象的面片模型在渲染时根据对象排布规律由基本对象的面片模型实时变换生成,解决大规模CAD模型内存需求过多的问题。结果 基于超级蒙卡核模拟软件系统SuperMC,使用典型重复结构模型——HM（hoogenboom-martin）、ADS（accelerator driven sub-critical system）、DCA（deuterium critical assembly）全堆芯CAD模型进行测试,HM、ADS、DCA模型分别由1 114 384,113 952和20 808个实体组成。测试结果表明,裁剪算法能大幅减少待渲染对象数量,渲染速度明显提高,且模型规模越大,本文方法优势越明显,在远视角的情况下提升效果最为突出,能提升3倍左右;结论 针对任意大规模CAD模型的快速渲染仍然是一个挑战,但本文针对重复结构CAD模型的特点,针对性地提出一套专用渲染策略,在个人计算机上实现大规模重复结构CAD模型的快速渲染。使用多个典型重复结构模型——反应堆全堆芯模型进行测试,测试结果表明了本文方法的有效性。     

视点相关实时地形的生成方法

实时地形生成在游戏、军事演习模拟和地理信息系统中应用广泛，该文通过采用良好的数据编码方式简化计算并提高cache命中率；通过误差控制机制保证不产生裂缝，从而利用了地形绘制过程中的并行性，采用快速的视见体裁剪方法获得了较好的性能。     

基于人眼视觉原理的虚拟现实显示模型

针对虚拟现实领域现有的显示模块无法提供满足人眼视觉规律的立体视觉效果这一问题,提出一种基于斜交视锥体立体摄像机模型的虚拟现实(VR)立体视觉解决方案。首先,通过研究人眼视域模型和人眼双目提取深度信息原理,建立双目视差数学模型;其次,使用工业引擎3DVIA Studio作为实验平台,依靠VSL编程语言进行画面分屏处理,通过设立父子关系,设置视觉交互模块,搭建VR交互立体摄像机结构;接着,通过建立点云模型,量化物体立体感观,探讨多种VR立体摄像机模型,从深度信息显示效果和畸变特性出发分析各个模型优缺点,逐步进行优化。分别建立了中心轴平行的正交视锥体摄像机模型、中心轴于观影距离处相交的正交视锥体模型,通过优化摄像机视锥体结构,形成斜交视锥体摄像机模型。最后使用3DVIA Studio进行实验,代入具体数据进行投影变换,结果显示斜交视锥体摄像机模型在保证深度信息显示效果的前提下很好地消除了畸变,能够提供优秀的视觉体验效果。