直线的光栅转换算法与快速反走样绘制技术

为了实现快速的整数反走样直线绘制,提出了一种基于双残差控制的直线生成方法和一种快速灰度计算技术.新的直线生成算法直接利用残差进行迭代,使每次步进过程能够反映直线绘制的本质特征和更多的信息,以便直接用于反走样绘制的灰度转换.新的灰度计算方法依据直线斜率对灰度变化量进行预估,并在每次迭代中进行校正,完全消除了由距离到灰度的转换.利用快速灰度计算方法仅用3~6次基本运算便可得到像素的精确灰度,从而实现了高效的整数型反走样直线绘制.分析和试验表明,该算法具有良好的反走样直线绘制性能,其效率明显高于现有的同类算法.     

一种图像中检测直线的快速算法

该文基于Hough变换检测直线的基本思想,提出了一种在边缘图像中检测直线的快速算法.该算法首先根据边缘图像中的边缘点统计出可能在直线上的点,再由这些在直线上的候选点和边缘点统计出候选点对应的斜率,由满足条件的候选点与其对应的斜率构成的直线就是从图像中检测出的直线.该算法是根据边缘点分步而不是同时计算统计出直线的两个参数,减少了检测时的计算量.由实验结果,该算法可以快速有效的检测出边缘图像中的直线.     

基于GPU加速的光速跟踪体绘制算法

采用GPU编程技术,实现加速的光线跟踪体绘制算法.将原先在CPU中进行的光线进入点计算、离开点计算和光线遍历采样等步骤,移入GPU中进行,利用GPU的高速浮点运算能力,使实时绘制成为可能.通过只绘制一个代理面,避免了使用固定管线的混合操作,从而可通过自定义的混合算法来实现各种复杂的绘制效果.     

基于直线特性和投影原理的三维直线生成算法

为了提高三维图形系统中直线生成的效率，提出了一种基于直线特性和投影原理的三维直线生成算法.该方法运用直线投影原理，判断出水平方向、垂直方向、±45°方向以及±135°方向等特殊位置的直线.利用三维直线的对称性和方向性，根据特殊位置直线在投影平面上的方向，计算出离直线最近的下一个像素的坐标值，直至生成整条直线.绘制过程中仅判断一次直线方向，避免了Bresenham算法中计算和判断决策参数的运算操作.对于三维空间其余一般位置直线，算法利用三维直线在2个平面上的投影，在Bresenham算法的基础上，分别求出决策参数，计算出直线上各点的坐标值，从而生成直线.实验表明，该算法速度快，效果好.     

基于摄像头的智能车黑色虚线识别算法研究

针对“飞思卡尔”智能车竞赛的赛道由虚线组成的特点,提出一种提取智能车黑色虚线识别算法.该算法将是在改进的边缘检测算法和左边跟踪检测法的基础上,利用直线斜率和直线方程,把虚线跑道补实,来完成智能车赛道的信息采集.实际测试表明该方法能够实现路径识别的正确性和快速性,可在黑白（或色差较大）赛道上获得良好的自主寻迹效果.     

动态3D虚拟场景并行化光线跟踪加速结构设计

为提高光线与虚拟场景几何面片求交的计算效率,提出一种基于混合模式的空间加速结构。该方法改进传统的层次包围盒,把细分层次包围盒与空间均匀网格划分相结合,实现了可并行的混合空间加速设计。此外,把帧间可重用的数据抽取至数据缓存,建立多几何群组的加速结构共享,实现了光线跟踪算法的并行优化。实验证明,该混合加速结构能有效加快光线跟踪的光线场景求交判断速度,快速实现光线跟踪并行化计算。     

多参数MRV算法的算法设计与数值实验

MRV迭代法是求非线性方程组的数值解的一种Newton型迭代法. 它通过修改右端向量, 使得迭代过程中各步的线性方程组具有相同的系数矩阵. 在每步迭代过程中,利用一个参数的选择,来优化步长修正量. MRV迭代法的收敛速度较快, 界于定点Newton法和Newton迭代法之间. 借助于LU分解, 可使其计算成本降低, 低于定点Newton法. 这是一种非常实用的算法. 然而,其收敛速度仍需提高. 为此, 文献[9]利用多个参数, 得到一种新的迭代法--多参数MRV迭代法, 并对其收敛性进行了严格的证明. 通过对该算法进行进一步的研究,特别是对那些仅含少量非线性方程的非线性方程组,设计出一些比较好的算法, 既克服了Newton法每个迭代步都要计算Jacobi矩阵的缺点, 又保持了和Newton型迭代法相同的收敛速度. 并通过数值实验, 对这些算法的优点进行了验证.     

基于光线分布的阴影线跟踪加速算法

传统方法假设场景光线均匀分布,降低了复杂场景的阴影线遍历性能。本文提出一种基于光线分布的阴影线遍历序列预测算法,以加快绘制性能。通过建立网格快速收集光线相交结果;利用充分采样的光线分布信息,建立一种高质量的阴影线遍历代价函数;引入基于多分辨率网格的光线贡献度,避免网格单元与节点不完全重合而导致预测精度降低。并按需的预测优先遍历节点,以减少遍历序列计算时间。实验结果显示,对于阴影线遮挡率为75%的场景,算法能减少61%的相交次数。相对于已有方法,新算法提高了预测精度,弥补了传统方法的不足。     

快速绘制圆弧的行程算法

为了提高圆弧的生成效率,给出一种快速圆弧绘制的简单算法.该算法将圆弧离散轨迹看成是由一系列水平线段和斜线段构成,逐段找出并绘制这些线段,可减少圆弧绘制过程中所需的输出操作.与现存的行程类算法不同,新算法对斜线段的定义更合理,并直接对传统Bresenham算法的决策参数进行迭代和检测,圆弧的不同区段无需重新构造初始值,节约了运算量且算法结构非常简单.2步加速计算线段长度措施的提出进一步提高了计算效率,且每执行一次输出操作可生成2个或多个像素点.与Bresenham算法相比,新算法的圆弧平均绘制速度提高近1倍,并可以推广到椭圆或其他二次曲线的绘制中.     

基于直线特性和投影原理的三维直线生成算法

为了提高三维图形系统中直线生成的效率，提出了一种基于直线特性和投影原理的三维直线生成算法．该方法运用直线投影原理，判断出水平方向、垂直方向、±45°方向以及±135°方向等特殊位置的直线．利用三维直线的对称性和方向性，根据特殊位置直线在投影平面上的方向，计算出离直线最近的下一个像素的坐标值，直至生成整条直线．绘制过程中仅判断一次直线方向，避免了Bresenham算法中计算和判断决策参数的运算操作．对于三维空间其余一般位置直线，算法利用三维直线在两个平面上的投影，在Bresenham算法的基础上，分别求出决策参数，计算出直线上各点的坐标值，从而生成直线．实验表明，该算法速度快，效果好．     

八叉树在三维建模中的应用

三维建摸过程中,图形顶点的存储和查找是影响建模速度的重要问题.文章采用八叉树算法存储和查找顶点,并给出了算法的实现过程.实验结果表明,该方法能有效存储和查找顶点,能够提高三维建模时查找顶点的速度.     

基于规则体素的剖切及水文地质专题地图的自动生成

对基于规则体数据的剖面显示技术进行研究，系统讨论了剖面生成算法的全过程，结合水文地质的实际工作需要．研究并实现了基于剖面图像的水文地质专题地图的自动生成．     

一种新的抽取中心路径算法

在基于距离变换的基础上，设计了一种新的快速算法．该算法不但能处理单分支结构的对象，还能处理多分文结构的对象．根据起点或已找到的中心路径上的当前点与终点的位置关系，确定下一中心点所在切平面的位置，在两维切平面中计算体素到表面的距离，将局部最大值(距对象表面的距离大于邻近体素的距离)作为中心路径上的体素点．还提出了删除中心路径中多余分文的方法，确保中心路径也是惟一的．     

基于工程图的参数化三维重建技术研究

提出了一种基于工程图的参数化三维实体的构造方法.针对DXF格式的工程图文件完成了几何数据的读取、视图的划分和数据的重组;以基本体素为单位,对工程图实现对应图元的匹配和参数的提取;根据基本体素的虚、实性,采用一种基于三角面片的集合运算来构造完整的实体.在VC 和OpenGL环境下实现了三维重建系统的开发,证明了该方法的有效性.     

基于泊松形状信号的网格模型部件分割算法

为了将网格模型分割成若干个有意义的部件,提出了一种基于网格模型结构信号的分割算法.通过构造网格模型对应的体素模型,基于体素模型求解泊松方程得出每个体素对应的泊松形状信号;根据网格模型顶点与体素模型的对应关系,计算出网格模型中每个三角面片对应的泊松形状信号;采用Mean-Shift算法将每个三角面片对应的泊松形状信号进行聚类;最后基于泊松形状信号值,提取网格模型主要部件,并精化分块结果边界,从而达到网格模型部件分割的目的.实验表明,该算法能对具有部件结构特征的实体模型有较好的分割效果、鲁棒、速度快,与物体各个部件刚体变换无关.     

基于体素模型的体绘制算法

提出了一种基于体素模型的体绘制算法。该算法结合了面绘制及直接体绘制的优点,可以利用OpenGL图形标准及硬件加速对图象序列进行三维重建。重建效果逼真,重建速度较快,具有算法简单、实现容易的优点。     

高效解决复杂拓扑问题的显式界面追踪算法

为精确追踪具有复杂拓扑变化的自由界面,提出一种算法。该算法以显式的Lagrangian网格对自由界面进行建模,利用外部的速度场来移动界面网格,并且基于局部界面重构的技术来处理界面几何,有效地消除显式界面机制中常见的自相交等几何错误。算法利用体素网格来有效地检测拓扑事件的区域,在这些区域里对界面进行细分,将具有拓扑错误的界面部分替换为预定义的模板,并使用精确的缝合算法将重构的局部界面与区域外的原始界面连接起来。试验证明该算法可以快速无误的处理显式界面的拓扑变化,适合应用于液体的仿真动画。     

一种新的压缩体素模型及其应用

用体素模型(Voxel)表示体积较大或精度要求较高的物体时需要大量的计算机存贮空间，相应的操作时间也较长。介绍了一种压缩表示形式的Voxel模型结构，该方法用3个方向的Dexel模型表示Voxel模型，其计算机内部存贮空间得到了很大的压缩，布尔操作也得到了进一步的简化。文章也讨论了压缩体素模型的图形显示方法，提出基于渐进立方体(Marching Cubes)方法的优化表面三角网格提取算法，并利用OpenGL功能显示产生的表面三角网格。基于该压缩Voxel模型开发的虚拟油泥造型系统在实际中得到了应用，效果良好。     

基于体素的汽车装配体漏水缝隙识别与可视化

为了在新车型设计阶段发现漏水问题,提出基于体素的汽车装配体潜在漏水缝隙的识别与可视化方法. 在汽车装配体模型体素化的基础上,通过定义相邻零件之间的缝隙体素,重构三角网格曲面并提取零件的边界边,以确定表达漏水部位的边界体素;基于所提出的映射点生成算法计算缝隙间距并构建缝隙曲面;通过由弦高误差控制的自适应细分方法降低缝隙曲面边界到零件曲面的误差,利用彩色云图进行可视化显示. 该方法能够精确识别汽车的全部潜在漏水部位,并可以直观显示漏水部位的缝隙大小,以快速验证水密性设计的合理性,避免出现先天设计缺陷而造成声誉与经济损失. 该方法还可以应用于航空航天、造船、化工等行业的大型复杂产品设计.     

真三维成像系统结构设计及GR空间模型分析

本文提出了一种基于下投影的真三维立体成像显示系统。讨论了一种基于空间和时间的三维模型体素构造的新方法——体素铸模法,并推导了四维局部状态空间模型Givone-Roessor,此模型利用状态矢量和输入矢量计算和表征体素变量,模型在某时刻计算的各变量只与相邻的体素或前一时刻有关,减少了计算量。系统机械结构简单轻便,成本低,功耗小;视场角大,除天顶点外,在整个x-y平面以上的半球空间均可成立体像;Givone-Roessor模型计算量小,便于微控制器实现,为真三维立体成像显示提供了一种新方法。