基于弹簧-质点模型的不规则曲面纹理映射

针对三角网格表示的不规则曲面的纹理映射问题,提出一种基于弹簧-质点模型的简单、高效、失真小的纹理映射算法。结合调和映射的参数化方法以及弹簧-质点模型的复杂平面展开方法,保持拓扑关系地将三维曲面投影于平面内;通过建立三角网格表示的投影面的弹簧-质点模型,将不规则曲面参数化于给定大小的矩形域;利用参数化的结果计算不规则曲面各顶点的纹理坐标,进行纹理贴图。实验结果表明,该算法能够实现纹理高效、均匀、变形小地映射于任意不规则曲面上。     

VR技术下多投影视频纹理合成方法仿真

为解决纹理合成过程需要消耗大量时空资源的问题,提出一种VR技术下多投影视频纹理合成方法.设计以VR内容制作环节为核心的VR视频处理,经过拼接、投影映射与投影图像帧纹理合成生成一个封装帧,通过服务器显示在客户端.针对VR视频内三维平面或曲面场景,通过屏幕投影将三维场景透视变换投影至二维平面上.赋予二维平面上的三角网格一个连续的缩放因子场,将给定纹理缩放成不同等级,令其与网格上的缩放因子相对应.采用曲面纹理合成方法,利用矢量加平滑方法确定曲面内各三角面片的纹理方向矢量场,根据这些纹理方向合成纹理;依照扫描线顺序搜索样本纹理空间,确定对匹配的纹理坐标,结合缩放因子实现纹理合成.仿真结果表明,上述方法纹理合成用时与对比方法相比下降300％以上,存储空间与对比方法相比节省50％以上.     

基于三角网格模型的纹理映射研究

纹理映射可以在不增加三维模型复杂度的前提下很好地表现三维模型表面的纹理细节,提高三维模型的视觉效果。针对三维网格模型,提出一种用基于纹理图册的方法将模型进行分片,并利用最小二乘保形映射对分割得到的每一片进行平面参数化,控制了形变。再通过建立二维坐标系与纹理坐标系的关系,确定三维模型各个顶点的纹理坐标,从而对三维模型进行纹理映射。实验证明,该方法能得到较好的纹理映射效果,增强了三维模型的真实感。     

运用局部纹理映射加速曲面纹理合成

基于样图的纹理合成方法能够在网格曲面上合成高质量纹理,但合成速度有待进一步提高,对此提出一种运用局部纹理映射加速曲面纹理合成的算法.首先以三角形法向量、切向矢量与纹理尺度为约束,将三角网格曲面分割为一系列映射区与合成区;然后用基于块的平面纹理合成方法生成大面积样图,用调和映射方法对映射区进行纹理映射;最后采用基于三角块的合成方法生成合成区纹理.实验结果表明,该算法对一般的随机性纹理与半结构性纹理具有很高的合成质量,能够控制纹理方向与尺度的变化.由于大部分三角形的纹理通过局部纹理映射得到,仅需要合成少数三角形的纹理,纹理合成过程得到大幅度地加速.     

三维网格模型的图像化表示

为使三维网格模型能被GPU进行渲染,提出了一种适用于GPU的针对零亏格的三角网格模型的绘制框架.传统的方法生成几何图像一般是从原始网格逐步切割至平面域,但是这样会产生复杂接缝的问题.论文通过对参数化后的球面进行映射,从而间接生成几何图像,避免了对原始网格进行复杂的切割.首先,将已经球面参数化后的球面信息映射至立方体,立方体平铺开即构成一个二维几何图像;然后,将二维纹理信息传输至GPU,利用GPU来还原三角网格模型.此文采用OpenGL和CUDA相结合的方式来实现最终效果,实验结果表明该绘制框架是可行的,参数化效果和还原效果较好.     

基于特征约束点的纹理映射算法

纹理映射技术用于生成物体表面的纹理细节,是真实感图形技术的重要组成部分,也是计算机图形学的一个重要研究方向.针对目前很多纹理映射算法计算量大,方法比较复杂的缺点,应用Candide3作为三维网格模型,提出了一种快速有效的基于特征约束点的纹理映射算法.通过在三维网格模型和纹理图像上选取少量对应的特征约束点,利用三角网格剖分算法在纹理图像上建立选取特征点的三角网格.进而通过求取质心坐标的方法计算出三维网格模型上所有特征点的纹理坐标并完成整个三维网格模型的纹理映射.实验结果表明,提出的算法计算速度较快,能够得到高真实度的纹理映射效果,并且适用于不同纹理图像映射到同一三维网格模型上.     

基于体平滑的体绘制纹理伪边界消除算法

直接体绘制能够清楚的显示三维数据场的内部信息,是科学可视化中非常重要的一类方法。其中,基于二维纹理映射的三维数据直接体绘制方法具有绘制速度快、可交互性强的优点。其基本思路是将三维数据体在时间或深度方向形成一组水平纹理切片,通过这些切片的纹理贴图,实现三维数据体的体绘制,在交互性和资源消耗之间取得了较好的平衡。本文针对基于二维纹理映射的直接体绘制方法中在透明与不透明边界产生阶梯状条纹的伪边界问题,提出了一种基于体平滑的算法。该算法通过在透明数据与不透明数据的边界进行体平滑,使采样过程中缺失的数据表现到抽样的切片上,从而在最终图像生成阶段淡化甚至消除阶梯状条纹伪边界。实验结果表明,相对于传统二维纹理映射方法,本算法实现体绘制效果平滑,提高了绘制效果。     

基于两步法的交互式纹理映射研究

两步纹理映射方法将映射过程分解为S映射与O映射两步进行.针对两步纹理映射方法研究中复杂物体表面纹理映射时出现的变形问题,采用B样条曲面代替简单的中间映射媒介,用它近似地包裹在三维物体的外表面,将纹理通过某种方式映射到曲面上实现参数化.基于两步映射方法提出了一种交互式纹理映射的算法.该算法允许用户交互选择贴图范围,通过控制B样条曲面实现对映射效果的调整.实验结果表明,该算法可显著提高纹理映射质量,纹理贴图效果良好.     

基于款式设计的虚拟三维服装真实感效果模拟

介绍了由服装的二维款式设计研究三维款式真实感效果显示的步骤,并对人台参数化建模、服装的变空隙量模型等技术进行实践,提出了一种实现三维着装效果显示方法,为款式设计提供直观帮助.通过二维款式平面图到三维图形的映射得到可控的三维服装,通过精确可靠的三维数据模拟三维款式效果.在三维服装上添加全局纹理映射和多重纹理映射以及褶皱效果,增强服装设计可视化效果.     

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.     

布料上污渍效果的真实感模拟

布料上的污渍效果是计算机游戏和影视制作中有待模拟的细节之一.提出一种基于物理的布料上污渍效果的真实感模拟的方法--采用多层模型对布料进行建模.对于污渍在布料上的渗透和扩散运动,提出了NSEAM(Navier-Stokes equations for anisotropie media)模型,它可以模拟污渍和布料之间的相互作用,如扩散作用、蒸发作用、渗透作用等.最后,采用硬件加速的方法对上述过程进行了真实感绘制.实验结果表明,文中方法可以生成不同结构的布料上较为逼真的污渍效果,其绘制效果令人满意.     

Boundary Handling at Cloth–Fluid Contact

We present a robust and efficient method for the two‐way coupling between particle‐based fluid simulations and infinitesimally thin solids represented by triangular meshes. Our approach is based on a hybrid method that combines a repulsion force approach with a continuous intersection handling to guarantee that no penetration occurs. Moreover, boundary conditions for the tangential component of the fluid's velocity are implemented to model the different slip conditions. The proposed method is particularly useful for dynamic surfaces, like cloth and thin shells. In addition, we demonstrate how standard fluid surface reconstruction algorithms can be modified to prevent the calculated surface from intersecting close objects. For both the two‐way coupling and the surface reconstruction, we take into account that the fluid can wet the cloth. We have implemented our approach for the bidirectional interaction between liquid simulations based on Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) and standard mesh‐based cloth simulation systems.     

纤维可控的质感布料三维建模与服装仿真

传统布料和服装动态仿真主要通过网格模型进行模拟,并通过光照、材质和颜色设置进行渲染,布料与服装质感效果通常不能体现.本文提出一种新的基于纤维的质感布料建模与服装仿真算法.首先使用集合球约束粒子扰动的方法模拟纤维轮廓,然后根据纱线加捻的动力学和运动学原理模拟基于纤维的纱线构造方法,接着将纱线经纬编织组织结构与弹簧-质点模型结合起来,构造基于纤维块的织物布料模型,最后通过建立人体混合层次包围盒进行快速碰撞检测,实现由质感布料生成的服装动态仿真.实验结果验证了该方法可靠,有效,生成的布料能体现织物外观纤维级别的细节,对应的服装几何纹理和质感效果得到增强.     

基于机器学习合成高分辨率布料褶皱

为了精化布料网格得到逼真的布料模拟效果,提出了一种基于机器学习的方法合成高分辨率布料褶皱。首先模拟真实的布料运动,获取布料运动的帧数据信息,将布料运动的帧数据信息转换为图像信息的形式进行存储。然后将图像信息作为输入,输入到卷积神经网络(CNN)中进行训练,通过将卷积神经网络与缩小网络相结合,最终得到高分辨率布料图像。最后将高分辨率布料图像转换为高分辨率布料网格,对布料进行模拟。实验结果表明,与初始的低分辨率布料网格对比,合成的高分辨率布料网格模拟出的布料有着大量且细微的褶皱,并且能够模拟出真实的布料效果,与真实场景中的布料模拟效果相似。该方法在不同的场景中都可以模拟出高质量的布料动画效果,而且减少了仿真速度,验证了该方法的有效性。     

Accurate Simplification of Multi‐Chart Textured Models

Scanning and acquisition methods produce highly detailed surface meshes that need multi‐chart parameterizations to reduce stretching and distortion. From these complex shape surfaces, high‐quality approximations are automatically generated by using surface simplification techniques. Multi‐chart textures hinder the quality of the simplification of these techniques for two reasons: either the chart boundaries cannot be simplified leading to a lack of geometric fidelity; or texture distortions and artefacts appear near the simplified boundaries. In this paper, we present an edge‐collapse based simplification method that provides an accurate, low‐resolution approximation from a multi‐chart textured model. For each collapse, the model is reparameterized by local bijective mappings to avoid texture distortions and chart boundary artefacts on the simplified mesh due to the geometry changes. To better apply the appearance attributes and to guarantee geometric fidelity, we drive the simplification process with the quadric error metrics weighted by a local area distortion measure.     

融合QPSO算法的多精度布料仿真建模方法

在布料建模领域，如何快速模拟布料形变之后的褶皱细节是研究的热点。通过使用多精度布料建模方法，在布料的不同形变区域使用不同精度的网格，可以有效平衡建模的精度和速度，已有的工作主要是在布料形变过程中，动态计算出布料质点邻域的曲率，依据人为设定的阈值，划分出布料的多精度区域，而在大部分场景中，布料的变形模式没有规律，固定不变的阈值可能会影响布料的仿真效果。针对该问题，首先将基于量子行为的粒子群算法引入建模过程，通过粒子群算法对布料表面的搜索，提高了布料弯曲部位的搜索效率，优化了多精度布料的建模速度和精度，其次针对布料仿真运动过程进行研究，参考布料受空气阻力的数学模型，以及粒子动力学中的数值积分方法，优化布料运动的仿真计算方法。实验证明，与现有布料多精度方法相比，该方法能较快检测到布料褶皱区域并判断是否需要细化，且能较好地表现出布料仿真过程中空气阻力对布料造成的形变。     

Collision avoidance in cloth animation

For cloth modeling and animation, we use a physically based model to simulate the dynamic formation of folds, pleats, and wrinkles and the final static appearance of cloth draped over a rigid object. To simulate the behavior of the cloth and its final static appearance on the model, we propose a new collision and self-collision avoidance method to prevent penetration between the cloth and rigid objects and between parts of the cloth. At each time step, we enforce constraints over those grid points about to penetrate other objects. Our method is easier and more robust than conventional methods at representing interaction between the cloth and various objects.     

交互式虚拟服装展示系统设计与实现

虚拟服装展示设计将VR交互技术应用到服装设计领域,在数字化服装设计中有广泛的应用前景。论文利用计算机辅助设计方法设计并制作了服装的各种材质面料、款式和虚拟人模特,通过纹理烘焙技术实现材质的光影效果,基于virtools交互技术设计并实现了一3D服装展示系统。利用该展示系统,设计师可以对服装款式进行各种组合设计,用户可以全方位交互浏览服饰的着装效果。该系统有效的解决了服饰和人体交互过程中的碰撞检测和面料在不同外力下的变形效果等关键问题。     

Fast and stable cloth simulation based on multi-resolution shape matching

We present an efficient and unconditionally stable method which allows the deformation of very complex stiff cloth models in real-time. This method is based on a shape matching approach which uses edges and triangles as 1D and 2D regions to simulate stretching and shearing resistance. Previous shape matching approaches require large overlapping regions to simulate stiff materials. This unfortunately also affects the bending behavior of the model. Instead of using large regions, we introduce a novel multi-resolution shape matching approach to increase only the stretching and shearing stiffness. Shape matching is performed for each level of the multi-resolution model and the results are propagated from one level to the next one. To preserve the fine wrinkles of the cloth on coarse levels of the hierarchy we present a modified version of the original shape matching method. The introduced method for cloth simulation can perform simulations in linear time and has no numerical damping. Furthermore, we show that multi-resolution shape matching can be performed efficiently on the GPU.     

虚拟肝脏手术中的美兰注射实现技术研究

肝脏肿瘤切割手术中美兰注射过程是准确找到肿瘤所在位置的关键步骤之一。真实地模拟出美兰注射过程对虚拟肝脏肿瘤切割手术而言至关重要。针对虚拟手术中真实感的需求,提出了一种结合纹理映射技术的美兰注射模拟算法。运用扩散方程模拟了美兰在纹理表面的扩散过程,并结合保角映射算法将变化的纹理映射到虚拟手术中的三维网格表面。扩散方程能够真实地模拟出液体在物体表面扩散的过程,保角的纹理映射算法能够得到三维网格点的纹理坐标。实验结果表明,美兰注射过程的模拟算法能够模拟出虚拟肝脏肿瘤切割手术过程中的肿瘤标定,满足虚拟手术中的真实感需求。