一种新的光线空间插值方法研究

基于灰度共生矩阵的思想分析光线空间数据特征，在此基础上提出一种基于主方向匹配的光线空间插值方法。实验结果表明，新的插值方法插值生成的光线空间与传统的线性插值方法和自适应滤波插值方法生成的光线空间相比在PSNR上分别提高了3．44dB和1．97dB。     

一种用于视点图像绘制的光线空间插值方法

光线空间表示是实现实时复杂场景自由视点视频的有效方法。提出了基于特征点检测的快速光线空间插值方法,首先采用自适应阈值提取光线空间片或图像域的特征点,然后结合遮挡问题采用相关性准则匹配特征点,根据匹配的特征点将光线空间分割成不同对象区域并进行插值,以实现快速任意视点图像绘制。实验结果表明,该方法能快速插值光线空间数据,生成的光线空间数据信噪比高、绘制的任意视点图像的主客观质量也较高。     

基于特征点方向的光线-空间插值方法

基于光线-空间片内方向性特征分析,提出了适合于光线-空间的插值方法,仅对光线-空间片中位于具有明显强度变化特征的区域中的特征点计算其所在光线的方向,其余各点的方向由特征点方向插值得到,以减少方向搜索与检测的计算量,提高方向检测的准确性 .在此基础上,对稀疏光线-空间片沿光线方向进行线性插值 .实验结果表明,该方法计算量小,插值生成的光线-空间数据信噪比高,绘制的任意视点图像的主客观质量高 .     

空间跳跃加速的GPU光线投射算法

光线投射算法是一种应用广泛的体绘制基本算法,能产生高质量的图像,但是时间复杂度较高。实现了一种基于图形处理器的单步光线投射算法,并在此基础上提出了一种基于空间跳跃技术的光线投射算法,以实现加速。采用八叉树组织体数据,利用空间跳跃有效地剔除体数据中对重建图像无贡献的部分,降低了硬件的负载。一个片段程序即可完成光线方向的生成、光线投射、空体素跳跃和光线终止等。实验结果表明,该算法对于内部包含大量空体素的体数据重建能起到明显的加速作用。     

基于空间网格细分的不规则场景的光线跟踪

针对不规则场景中光线跟踪算法绘制速度慢的问题,在深入学习和比较近些年的光线跟踪加速算法的基础上,提出了一种改进的网格细分的光线跟踪算法。首先,设置矩形场景包围盒,剔除对场景没有影响的外部光线,进而简化求交运算;其次,采用新方法创建空间网格,该方法可使空间单元数量和存储空间复杂度都限定在一定范围内;最后,对网格进行细分,这一步骤消除了传统空间网格算法忽略部分空白区域对加速效果产生的不良影响, 极大完善了传统空间网格算法。通过实验证明,该方法能有效提高光线在空白空间的穿行速度,不仅提高了时间效率,而且减少了空间开销。     

光电系统对空间目标成像建模仿真研究

对光电系统成像过程进行了建模仿真研究,采用光线跟踪法建立了成像过程的光线跟踪模型;根据线性滤波理论,对系统的各组成单元的调制传递函数进行分析,给出整个系统的传递函数,建立了成像过程的传递函数模型;结合光线跟踪与调制传递函数模型,建立了光电系统对空间目标成像仿真物理模型,给出了仿真流程;最后,进行了成像仿真,结果给出了目标在像面上的灰度分布曲线及仿真图像,验证系统理论传递函数,证明了模型的合理性.     

基于混合肤色模型的快速人脸检测算法

提出了一种基于混合肤色模型的复杂背景彩色图像的快速人脸检测算法.为了克服环境光照变化及光照不均的影响,引入了自适应光线补偿算法;在RGB颜色空间中运用多项式模型对光线补偿后的彩色图像进行肤色区域粗检测;采用RGB颜色空间中的多项式模型和颜色空间中的高斯模型相结合,对先前所提取的肤色区域做进一步精确的肤色区域提取;最后,对二值图像的连通区域进行预处理,输出人脸区域.实验结果表明,该算法能快速有效地从复杂背景的彩色图像中检测出人脸,对光照变化具有较好的鲁棒性.     

基于图像子空间的改进商图像方法

光线变化将显著降低人脸识别系统的性能。Shashua et al．提出了一种处理人脸识别中的光线变化问题的简便方法——商图像方法。在本文中，我们从图像子空间的角度对商图像方法进行了分析，理论分析和实验表明，这种方法存在的主要缺点有：1）不准确的理想类假设；2）简单的三维点光源模型无法很好地近似任意光照情况。针对这些不足，我们提出了一种基于图像PCA子空间的改进商图像方法，以克服这些缺点。我们的方法能够较好地满足商图像方法的理论前提，从而达到更好的图像合成效果和人脸识别性能。     

基于光线跟踪的数字影像重建技术

本文讨论了CT模拟中的数字图像重建技术,提出了基于光线跟踪的处理方法,并对分辨率、CT值转换和增强技术进行了探讨,给出了在治疗计划系统中的实现。     

虚拟内窥镜关键技术研究

针对实现虚拟内窥镜系统的关键技术,运用基于边界模型的局部特征结构方法实现图像的组织分割;在基于距离变换的基础上,设计了一种新的快速、高效的路径规划算法;利用两步实时处理方法,将一帧场景的绘制分为近景和远景两个部分;提出了基于边界体素的快速光线投射算法;使虚拟内窥镜系统可以接近于实时的速度实现漫游而不明显降低图像的质量。     

基于室内动静结合分割的射线跟踪加速方法

密闭环境的信道建模在许多应用场景中具有重要作用。在空间内障碍物较多时，传统射线跟踪算法在运算过程中会有无用的求交点次数过多的问题，使得算法的计算效率较低。为此，提出一种基于空间分割的射线跟踪加速方法。该方法根据三维空间中物体的分布情况，合理地结合静态与动态两种空间分割加速方法，大幅度减少了射线与空间内物体的求交点次数，提高了算法的计算效率。仿真分析表明，在相同预测精度的三维环境下，与原始算法对比，使用静态空间分割的射线跟踪算法随着分割等级的提升计算效率提高了至少50.2%；而与只使用静态空间分割的算法对比，使用静态与动态空间分割结合的加速方法的计算效率在已经提高的基础上至少还能提升8.9%。     

基于室内动静结合分割的射线跟踪加速方法

密闭环境的信道建模在许多应用场景中具有重要作用。在空间内障碍物较多时,传统射线跟踪算法在运算过程中会有无用的求交点次数过多的问题,使得算法的计算效率较低。为此,提出一种基于空间分割的射线跟踪加速方法。该方法根据三维空间中物体的分布情况,合理地结合静态与动态两种空间分割加速方法,大幅度减少了射线与空间内物体的求交点次数,提高了算法的计算效率。仿真分析表明,在相同预测精度的三维环境下,与原始算法对比,使用静态空间分割的射线跟踪算法随着分割等级的提升计算效率提高了至少50.2%;而与只使用静态空间分割的算法对比,使用静态与动态空间分割结合的加速方法的计算效率在已经提高的基础上至少还能提升8.9%。     

The Method of Dynamic Palette Construction in Realistic Visualization Systems

The paper describes the colour approximation problem and the method of dynamic palette construction is suggested for its solution. The method uses the graphic display palette based on the computed true colour of the individual picture. Some aspects of human colour perception are considered. Two metrics in colour space are introduced to estimate closeness of the suggested colour approximation. The method was applied to visualize 3D scenes generated by ray tracing.     

A 4D Ray Tracing

We are going to present a survey of techniques using temporal coherence in between frames to render animation sequences with ray tracing. A new method using temporal coherence in the ray space (lightpath of rays) is proposed. The goal of this technique is to factorize intersection and illumination calculations over the frames of the sequence. An optical event springing out many times in the sequence is computed once. The method is based upon 4D intersection calculations between temporal rays and moving objects. At the end of this paper, we present measurements showing the number of rays we need not calculate with our solution. These results come from simulating the algorithm behavior through a graphic and statistic ray analyser tool.     

一种光线与三角形求交算法的硬件架构设计

为了实现实时性的光线追踪平台,提出了一种光线与三角形求交算法的硬件架构设计。首先介绍了一种光线与三角形求交的简洁算法。该算法与其它算法相比使用存储空间最少,却具有相似的性能,便于硬件实现。根据此算法,提出了相应的硬件架构,在架构设计过程中,通过折叠、资源共享、以及多线程等硬件架构设计方法来提高硬件使用率,使有限的硬件资源达到最高的性能。实验结果表明,与现有方案相比,本文硬件架构平台在速度和芯片面积两个方面都存在着较大的提高。为实时光线追踪的实现提供了依据。     

光线追踪的OpenCL加速实现研究

目前GPU计算能力让kD-Tree划分实时场景光线追踪并行算法的执行变得更具有可行性。图像处理器(GPU)高效应用于多边形的渲染,GPU内部单元的可编程性已经让其广泛应用于多边形渲染以外的领域。本文详细描述使用OpenCL的kD-Tree遍历算法,对运算占主要部分的相交测试作出改进,同时提高了GPU计算能力与存储器的利用率,从而提升了光线追踪算法效率。     

Ray casting free‐form deformed‐volume objects

A collection of techniques is developed in this paper for ray casting free‐form deformed‐volume objects with high quality and efficiency. The known inverse ray deformation approach is combined with free‐form deformation to bend the rays to the opposite direction of the deformation, producing an image of the deformed volume without generating a really deformed intermediate volume. The local curvature is estimated and used for the adaptive selection of the length of polyline segments, which approximate the inversely deformed ray trajectories; thus longer polyline segments can be automatically selected in regions with small curvature, reducing deformation calculation without losing the spatial continuity of the simulated deformation. We developed an efficient method for the estimation of the local deformation function. The Jacobian of the local deformation function is used for adjustments of the opacity values and normal vectors computed from the original volume, guaranteeing that the deformed spatial structures are correctly rendered. The popular ray casting acceleration techniques, like early ray termination and space leaping, are incorporated into the deformation procedure, providing a speed‐up factor of 2.34–6.56 compared to the non‐optimized case. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

视点相关的层次采样:一种硬件加速体光线投射算法

光线投射是一种高质量的体绘制方法.它以图像空间为序,逐根光线遍历和采样体数据.因此,传统上,它只能在CPU上实现,因而速度慢,交互性不好.提出了一个新的视点相关的层次采样VDLS (view dependent layer sampling)结构,VDLS将光线上的所有采样点重新组织成一系列层,并简化为两个视点相关的几何缓冲器,进而在GPU(graphics processing unit)中用两个动态纹理表示.利用GPU的可编程性,光线投射算法的6个步骤(光线生成、光线遍历、插值、分类、着色和颜色合成)得以完全在GPU中实现.在此基础上,提出两个基于体空间和图像空间连贯性的加速技巧,快速剔除无效的光线.结合其他与渲染和颜色合成有关的技巧,VDLS将面向多边形绘制的图形引擎转化为体光线投射算法引擎,在透视投影方式下,每秒能处理1.5亿个插值、后分类与着色的光线采样点.实验结果表明,提出的方法能用于医学可视化、真实物理现象模拟、材质检测中灰度体数据快速交互的可视化与漫游.     

Circular camera array system for 3‐D displays based on the reconstruction of parallax rays

Abstract— A circular camera system employing an image‐based rendering technique that captures light‐ray data needed for reconstructing three‐dimensional (3‐D) images by using reconstruction of parallax rays from multiple images captured from multiple viewpoints around a real object in order to display a 3‐D image of a real object that can be observed from multiple surrounding viewing points on a 3‐D display is proposed. An interpolation algorithm that is effective in reducing the number of component cameras in the system is also proposed. The interpolation and experimental results which were performed on our previously proposed 3‐D display system based on the reconstruction of parallax rays will be described. When the radius of the proposed circular camera array was 1100 mm, the central angle of the camera array was 40°, and the radius of a real 3‐D object was between 60 and 100 mm, the proposed camera system, consisting of 14 cameras, could obtain sufficient 3‐D light‐ray data to reconstruct 3‐D images on the 3‐D display.