基于OpenGL的虚拟战场环境漫游系统

为了提高部队模拟训练水平，本文基于对战场环境的可视化分析，在Visual C 环境下．以通用标；住三维图形函数库OpenGL．为工具开发了一个虚拟战场环境漫游系统，仿真了作战真实感的虚拟现场．文中介绍了如何解决虚拟战场环境仿真应用中的一些关键技术，如战场场景的建模，战斗实体的绘制及运动控制，视点漫游技术的实现等     

基于优化顶点弹簧模型的半沉浸环境标定算法

为了实现投影设备在半沉浸式投影环境的自适应投影显示,提出基于优化顶点弹簧模型的自适应快速标定算法.该算法基于优化的顶点弹簧模型对二次曲面投影可视化环境进行三维网格获取,使用基于OpenGL的Tessellation曲面细分算法对网格进行网格细分计算,对预投影图像进行基于图形处理器(GPU)加速的校正计算和高质量纹理渲染,实现半沉浸式球幕投影可视化环境的快速自适应标定计算.算法验证和实验结果表明,与现有的非均匀二次曲面校正方法相比,提出的算法全面考虑了非均匀球面的局部形状信息,使用优化的顶点弹簧模型算法自适应生成高精度网格,应用GPU加速方法实现了算法加速,在图像渲染精度和速度两方面得到了显著提升.     

复杂战场电磁环境建模与电磁态势可视化技术

复杂电磁环境建模与可视化研究在民用通信、军用电子战领域的应用不断发展,准确、科学、直观地描述复杂战场电磁环境,对于指挥人员把握战场态势,作出准确判断、科学决策,意义重大。以此为背景,重点研究了雷达辐射源探测范围及空间多辐射源形成的空间合成场强,建立了雷达辐射源探测范围的数学模型,推导了空间多辐射源场强合成算法;提出了虚拟战场环境的快速构建方法,并给出了仿真系统的设计框架;结合混合采样的雷达探测范围面绘制方法,在虚拟战场仿真平台,实现了自由空间及干扰环境下雷达辐射源探测范围三维可视化,并利用区间映射的办法,结合Open GL强大的色彩渲染能力,实现了多辐射源空间合成场强的态势展示。     

多态并行机上的3D图形渲染

针对多态同构阵列处理器,提出一种图形算法并行化的实现方法。该方法通过分析图形流水线中渲染算法的控制依赖、数据依赖关系,并对各个算法计算量进行估计,利用多态阵列处理机的能够结合不同类型的并行计算的特点,以处理器的负载均衡为依据,实现图形渲染的并行化计算。实验结果表明,该方法所实现的加速比按线性增长。     

基于GPU的层次包围盒快速构造方法

为了能够在基于光线跟踪技术的真实感图形绘制过程中迅速而高效地排除无效的光线相交计算,快速地构造高质量的加速结构,提出基于图形处理器（GPU）体系架构研究基于图形处理器的层次包围盒快速构造方法.在构造初期、构造中期、构造末期3个阶段分别针对二叉树结构特点和多核架构特点来设计不同的策略,从而实现层次包围盒结构(BVH)的并行快速构造.实验表明,采用该方法可以最大限度地发挥图形处理器强大的并行计算能力,有效使用硬件计算资源和存储资源,在保证加速结构构造质量的前提下大大缩短加速结构的构造时间.     

交互式过程隐函数云建模系统

为了在云建模过程中控制生成结果的基本形状,提出两层次结构的交互式云建模系统.利用隐式体函数定义的元球构建云的基本结构,同时采用过程噪声生成云细节部分.利用粒子系统创建元球的分裂和消亡规则,在基本结构的基础上自动生成层次更为丰富的云形状.光照模型采用同时考虑了太阳光和背景光的单次散射模型.采用图形处理器加速的光线投射技术渲染真实感三维云.实验结果表明,系统可用于建模多种不同类型的云,并能交互式绘制建模结果.     

空间实体可视化组件的设计与实现

实体是空间虚拟战场的重要组成部分。在深入剖析卫星工具软件包STK实体模型格式的基础上,设计了相应的数据结构,包括图元、命令、关节动作等;解决了解码和绘制模型所需关键技术,包括逆命令机制、纹理处理等;最后按照组件对象模型规范对其进行了封装。所实现的空间实体可视化组件与其他组件一起构成空间场景控件,支持快速构建空间战场可视化系统。     

基于Unity3D的化工事故演化场景研究

针对当前化工事故频频发生,化工安全问题亟待解决,但是员工培训多数局限于理论,真正在工厂亲身经历开停车、检修和紧急事故次数极少的难题,开发了一套基于Unity平台的球罐泄漏虚拟场景。系统使用3DS Max软件建模,Unity的PBR物理渲染、GI实时渲染、Shader着色器对场景中各物体进行绘制,Shuriken粒子系统进行特效制作,C#语言编写脚本来调用各种效果和实现数据的输入输出,GUI实现界面交互。通过连接外部设备HTC Vive进入虚拟场景,在虚拟的化工厂区漫游,真实体验化工事故的发生过程。     

移动虚拟现实中虚拟化身的分布式渲染

为了实现手持设备三维虚拟化身的实时渲染,引用动画替代物技术进行了化身的绘制.利用电脑端/手持端的分布式架构减小了手持端纹理内存的占用,通过采用动作层次细节模型和一种简单的纹理压缩算法降低了对无线网络传输带宽的要求.试验结果证明,这种渲染方法能很好地满足手持设备上渲染虚拟化身的实时性要求.     

虚拟战场建模技术的研究

首先给出了虚拟战场环境的基本组成,然后就战场中动态实体和特殊效果的建模技术进行了重点论述.考虑到兵力实体的运动规律和运动特征,对兵力实体结构进行了精确分析,并采用放样造型方法和组合建模方法对其几何建模过程进行了论述;针对战火、硝烟等战场场景建模要求,对火焰、烟雾等特殊效果的不规则运动进行了深入的了解和分析,实现了基于粒子系统原理的战场特效动态建模.给出的部分兵力几何建模结果和战场特殊效果仿真结果进一步验证了所提建模方法的可行性和有效性,也为虚拟战场的深入研究奠定了基础.     

Energy consumption estimation for 3D graphics rendering

From the perspective of hardware design and graphics programming, a new energy consumption estimation model of 3D graphics rendering is proposed. Aiming at the energy consumption of the vertex shader and pixel shader in the 3D rendering pipeline, the loads of the vertex shader and the pixel shader which affect the rendering quality are analyzed, and the model of the ratio the number of pixels to the number of vertexes is obtained. At the same time, the energy consumption of vertex shading stages and pixel shading stages are modeled. The model is used to estimate the energy consumption of the benchmark programs, and simulations are performed using the Synopsys VCS simulator and the Power Compiler to obtain the actual energy consumption of these programs. The results show that the geometric mean of the model's prediction error is less than 3％, which can be used to guide the power consumption analysis and management of graphics hardware and software.     

实时渲染应用程序中着色器的管理和控制

针对CgFX框架和E ffect框架对着色器管理和控制的异同及复杂程度,为程序设计者建构了一个通用的着色器渲染管理机制.本文通过分析已有渲染框架下着色器与应用程序之间的通信及场景管理方法,抽象并封装出着色器与应用程序之间的通用接口,提出通用渲染框架的优化方案.结果证明,这种解决方案为渲染效果创建者提供了一个简单便捷的自动处理环境,解决了不同着色器语言在应用程序中的整合问题.     

空间虚拟战场中传感器作用的可视化

以可视化的形式表现传感器作用,有助于对空间战场态势的理解和把握。首先设计了表示传感器原始作用范围的数据结构,并构造了该数据结构与地球球面求交、求切的计算方法和相应的结果绘制算法;然后研究了矩形传感器、复杂圆锥传感器等常用传感器的特征,并给出其原始作用范围数据生成模型;最后设计实现了基于一维纹理的脉冲效果来表示频率信息。基于以上技术实现了空间场景控件,可以支持快速构建空间战场可视化系统。     

虚拟战场环境三维可视化的关键技术研究

虚拟战场环境三维可视化中的关键技术主要涉及到地形LOD技术、实体建模、特殊效果生成、声音仿真、实时场景控制5个方面。在虚拟战场系统设计和实现中能否适当地选取以及正确地运用这些关键技术,关系到可视化系统的成败。为方便对这些技术进行选取,重点阐述了这些技术目前主要的实现方法及其在可视化应用中的优缺点。     

基于体图形学的地下水资源分析与表示研究

详细介绍了体图形学在地下水资源分析与表示中的应用原理与相关技术 ,并针对应用对象介绍了开发一个地下水资源三维可视化系统的过程及其应具有的基本功能     

GPU加速技术在医学三维可视化中的应用

针对三维可视化体显示技术在医学影像领域应用时,在没有硬件加速的情况下几乎很难做到实时交互显示的效果问题。本文尝试了基于GPU架构进行并行计算的方法。同时利用MFC扩展动态库及导出类技术,避免了大量代码移植。在试验过程中,针对特定显卡,对GPU同时执行的线程数与计算时间做了统计分析,找到了计算时间最少的最优线程数。实验表明,本文提出的GPU加速方法,计算速度可以提高5～6倍。     

Infrared image simulation of ground maneuver target and scene

Infrared scene simulation has extensive applications in military and civil fields. Based on a certain experimental environment, object-oriented graphics rendering engine (OGRE) is utilized to simulate a real three-dimensional infrared complex scene. First, the target radiation of each part is calculated based on our experimental data. Then through the analysis of the radiation characteristics of targets and related material, an infrared texture library is established and the 3ds Max software is applied to establish an infrared radiation model. Finally, a real complex infrared scene is created by using the OGRE engine image rendering technology and graphic processing unit (GPU) programmable pipeline technology. The results show that the simulation images are very similar to real images and are good supplements to real data.     

图形处理器在数据库技术中的应用

综述了图形处理器上的通用计算（GPGPU）技术以及利用图形处理器（GPU）进行数据库处理的工作。将GPU技术的发展划分为固定功能架构、分离渲染架构和统一渲染架构3个时代,归纳了GPGPU技术的难点和现状。对于3个时代的GPU,分别论述其体系结构带来的机会与存在的局限,提出了相应的通用计算模型。综述了GPU用于数据库领域的相关研究,这些应用包括谓词、布尔组合和聚集、排序、连接、多维索引等。根据GPU技术的推动因素展望了GPGPU技术的趋势,归纳了GPU技术可以被利用的3个层面：图形流水线和通用并行计算、交互式多媒体、图形学理论与方法。以数据库技术为例展望了在每个层面上通用计算的趋势。