一种基于采样点的大规模群体实时三维可视化方法

大规模群体的三维可视化是虚拟现实领域的研究热点之一.目前,由于驱动方法与渲染效率的问题,在虚拟空间中创建的大规模虚拟群体很难同时满足驱动与渲染过程的逼真与实时.该问题对于群体规模庞大,个体外形、动作具有一定程度个性化,需要进行独立运动控制的场景尤为明显.针对这一问题,提出了一个高效的大规模虚拟群体三维可视化方法:首先,通过使用模板派生技术从少量模板模型派生出大量外观各异的个体模型;其次,使用运动数据个性化变形技术实现了运动数据的重用;最后,使用基于采样点的渲染技术实现了大规模数据的实时显示.在上述工作基础上,研究并开发了一套大规模虚拟群体的三维可视化系统,能够方便的在普通PC机上实时、逼真的展示大规模的运动虚拟群体,并实现了60000群众紧急疏散过程的实时三维可视化.     

基于多视图深度采样的自然场景三维重建

自然场景的多视图三维重建一直是计算机视觉领域的基本问题,有着广泛的应用.随着深度获取设备的日益普及,如何有效地利用多视点的深度图信息重建场景的三维模型已成为一个重要的研究课题.为了自动剔除输入深度图中的错误深度信息,恢复高质量的场景模型,提出一种多视图深度采样方法来实现自然场景的三维几何重建.首先对深度图进行非均匀采样以获得每帧的三维点集,并剔除部分深度误差较大的三维点;然后通过深度置信度估计的方法对多帧的三维点集进行融合并剔除多帧之间重复冗余的三维点,从而获得整体场景的三维点云;最后基于融合后的三维点云生成完整的场景几何模型.一系列复杂的自然场景实例证明了该方法的正确性和鲁棒性,其不仅能够重建小规模的物体,也同样适用于大规模场景的三维几何重建.     

基于自适应几何分析的高效交互式导航

三维场景的虚拟导航需要同时保证相机视角的光滑性和智能性,在算法设计上极具挑战。文章研发了一套实时自动生成光滑连续且高效的相机路径导航系统。首先通过线下模型几何分析和语义分析,包含分析场景中建筑物模型、道路模型以及非建筑的重要模型等,求得模型重要性值;其次是自适应地获取路线采样点以及高效存储采样点的视角图片;最后是利用动态规划的方式求出每个采样点的最佳视角并光滑地连接这些采样点形成相机运行轨迹。4 个不同三维场景的实验结果表明了所提算法的高效性和智能性,同时文章所进行的用户调查也充分反映了所提方法具有的明显优势。     

三维虚拟漫游技术的研究

三维虚拟现实漫游技术目前是国内外的研究热点之一.主要研究和探讨了利用五点定位LOD四又树组织和管理大规模地形数据,并以井地算法实现大规模地形实时渲染,能有效地提升三维场景的渲染速度.提出了一种基于场景投影图矩阵的自动漫游路径生成的钢丝算法,该算法适用于各种复杂的三维虚拟场景并能生成光滑的自动漫游路径.     

基于Virtools平台的森林仿真风效技术研究

森林场景的仿真是对复杂环境仿真中的重要部分。建立具有沉浸感、高逼真度的森林场景,除了高真实感的树木及花卉等植被,同时需考虑风效等影响森林场景逼真度的自然因素。为快速绘制具有真实感的大规模虚拟森林场景,围绕Virtools虚拟现实仿真平台使用树木三维模型进行实时交互的要求,制作插件结合SpeedTree树木软件绘制森林场景制作仿真系统,通过实验室仿真研究常见的风速模型分析比较,提出适合实时植被绘制的森林仿真风速模型,对应用风速模型的森林场景风效进行实验验证。     

面向船舶航行训练的大范围地形建模

大规模地形场景的实时绘制在虚拟现实、地理信息系统、战场仿真等领域 有着广泛的应用。为满足船舶模拟训练系统中视景仿真的需求,对大规模地形场景的建模与 实时绘制技术进行了研究。首先对比了几类常用数据插值方法,采用数据融合的方式对DEM 数据进行了插值。通过结合模拟训练的实际,提出了一种基于可见性判断的地形剔除方法, 通过放射状搜索,判断当前点是否遮挡,进而对被遮挡点进行剔除处理,可以有效减少地形 建模中无关面片,提高绘制速率。利用Google Earth 获取地形纹理,使用Terri Vista 构建三维 地形,实现了地形的三维建模。试验表明提出的方法可实现大规模地形场景的高效逼真绘制。     

基于OGRE引擎的森林场景渲染研究

森林场景的实时渲染仍然是图形学领域的一大难题。针对森林场景的复杂性和大数据量等特点,该文在OGRE图形引擎的基础上,通过八叉树结合OGRE中的静态几何体的方法实现大规模森林场景的实时渲染。实验结果表明通过这种方法能够在实时渲染的基础上仍能保持较好的视觉效果。     

基于虚拟光源的实时半透明材质渲染

半透明材质渲染是实时渲染领域的重要研究部分。针对透射渲染依赖于准确的透射厚度计算,往往受限于场景模型和光照的复杂度问题,提出一种基于虚拟光源来计算半透明材质渲染中的透射厚度的方法。即在场景中增加一个虚拟光源,并在虚拟光源处使用排序算法来计算场景的深度信息。在计算从真实光源到着色点处的透射厚度时,提出在两者世界空间连线的直线段上进行采样,统计在物体内部的采样点占总采样点数目的比例,乘以直线段的长度得到估计结果。并且,当场景中存在多个真实光源时,基于采样的方法能够复用虚拟光源中存储的场景深度信息。该算法能够有效地提升透射厚度计算的准确率,也能减轻场景中光源数量增多带来的显存开销问题。实验证明该方法能在效率、效果和显存开销之间取得较好的平衡。     

三维模板跟踪的基准合成数据集构建及算法评估

三维模板跟踪旨在将预先构建的三维CAD模型与输入图像中的相应目标进行精确配准,在增强现实、机器人等领域具有重要的应用,也是计算机视觉领域的关键问题之一.近年来,三维模板跟踪的准确率和稳定性都得到了持续提升,但仅有少量的工作关注三维模板跟踪数据集的构建.随着深度学习的普及,各领域中大规模数据集的构建越来越被重视,为算法的...     

视景仿真实时显示技术的研究

视景模型实时显示与交互技术是目前分布式视景仿真研究的关键技术。以视景实时显示为目的,探讨了雾化技术、实例化技术、纹理映射技术、纹理裁减、场景模型分块、LOD（level of detail）等技术,重点研究了面向大场景仿真的实时显示问题,通过对各种视景仿真实时显示技术和场景显示调度算法的综合应用,实现了对三维大场景海量数据进行较为流畅的显示,满足了大场景实时显示帧率要求,并具有较好的显示精度和清晰度。     

大规模三维地形场景实时漫游系统的构建

该文阐述了构建大规模三维地形模型的关键技术,包括地形分块技术、多分辨率模型管理技术、多级纹理贴图技术,给出了实时渲染时的动态调度与管理方法,并对在三维地形中显示文化特征做出一些探索和尝试。最后利用上述提出的技术,做了一些关于某一大规模三维地形实时漫游方面的实验,文中详细列出了这些实验结果。实验结果表明,采用该文提出的方法,可以在普通PC机上实现大规模三维地形场景的实时漫游。     

LOD模型生成算法研究

细节层次模型(LOD)是指对同一个场景或场景中的物体,使用具有不同细节的方法得到一组模型,供绘制时使用.建立LOD模型能很有效地降低数据量和复杂度,实现三维场景的实时处理.文中通过对LOD模型生成算法进行分析,研究了基于点删除算法的多分辨率模型生成方法、递进网格的简化算法、基于二次误差度量的几何简化算法等三种算法的实现步骤和误差计算方法.为以后在地形可视化、虚拟现实等领域的应用提供了理论依据.     

LOD模型生成算法研究

细节层次模型(LOD)是指对同一个场景或场景中的物体，使用具有不同细节的方法得到一组模型，供绘制时使用。建立LOD模型能很有效地降低数据量和复杂度，实现三维场景的实时处理。文中通过对LOD模型生成算法进行分析，研究了基于点删除算法的多分辨率模型生成方法、递进网格的简化算法、基于二次误差度量的几何简化算法等三种算法的实现步骤和误差计算方法。为以后在地形可视化、虚拟现实等领域的应用提供了理论依据。     

大规模复杂场景交互绘制技术综述

大规模复杂场景的快速绘制是虚拟现实、实时仿真和三维交互设计等许多重要应用的底层支撑技术,也是诸多研究领域面临的一个基本问题.随着近几年三维扫描和建模技术的飞速发展,三维场景的规模和复杂度不断增大,大规模复杂场景的交互绘制受到了国内外研究者越来越多的重视并取得了一系列研究成果.首先简要回顾了大规模复杂场景交互绘制的研究进展情况;然后通过对其中涉及的主要关键技术进行总结分析,并对国内外典型的绘制系统进行比较和分类,阐述了大规模复杂场景交互绘制的主要研究内容,给出了大规模复杂场景交互绘制系统所应包含的基本组成部分和一般框架;最后对今后的发展方向做出了展望.     

一种基于多线程加速的大规模群体仿真方法

大规模群体仿真技术可以提高虚拟场景的临场感和趣味性,在游戏娱乐、演习训练、建筑设计等领域具有重要的应用价值。然而,常用于虚拟场景开发的游戏引擎难以实现大规模群体仿真。设计一种基于多线程加速的大规模群体仿真方法,提升大规模群体仿真包含的群体动画渲染和群体行为模拟性能。针对大规模群体动画渲染,在GPU蒙皮渲染算法上加入群体动画状态的多线程计算,实现群体动画状态与蒙皮动画的加速计算;针对大规模群体行为模拟,将自主性群体行为算法修改为速度模型,与多线程优化后的最优互相碰撞避让算法结合,实现群体的避让行为,提升群体行为模拟效率。实验结果表明,该方法可以很好地与游戏引擎结合,实现复杂场景的大规模群体仿真,提升大规模群体场景帧率。     

基于OpenGL驱动的三维场景重构

基于OpenGL环境,提出利用场景渲染结果即帧缓存数据(主要包括颜色缓存及深度缓存)进行局部三维场景重构的方法.根据投影变换原理和深度缓存特点研究了逆投影变换,得到了三维点元的重构方法.在此基础上,利用帧缓存数据重构每像素对应的三维点元,从而构成相机坐标系下的三维点云模型,即原始三维场景在当前相机视角下的离散采样,被定义为虚拟视模型.根据透视投影和帧缓存的特点,分析了虚拟视模型的点位精度,实验表明虚拟视模型具有较高的相对精度.提出的场景重构方法具有天然的多分辨特性,支持场景简化与流式传输以及独立于场景的具体表示形式,可采用拦截方式从一般三维软件中实时重构虚拟视模型,从而提供了一种获取三维数据的新方法.     

基于三维模型的多视图像采集与显示方法

针对多视三维显示中三维模型的多视图像数据源稀少、制作成本高等问题,提出一种通用的三维模型多视点图像采集和显示的方法。该方法可应用于所有基于OpenGL/Direct3D技术开发的应用程序,通过劫持应用程序调用并对其进行修改执行,从而获得程序中三维模型的多视点图像。本文还提出一种同步渲染协议,保证该方法在采集与显示过程中的高实时性。实验结果表明,本文所提出的方法在采集和显示过程中实时性高,渲染图像与源图像品质相同,在三维显示领域具有广泛的应用和研究价值。     

反射剖面精确拟合的次表面散射计算方法

近年来,随着电影、游戏、虚拟现实应用等对真实感要求的不断提高,针对人体组织、牛奶等半透明材质的实时渲染变得越发重要.针对当前大部分次表面散射计算方法难以正确估计散射范围的问题,提出了一种全新的次表面散射计算方法用以精确表示最大散射距离.首先,针对暴力蒙特卡洛光子追踪结果进行模拟,以得到反射剖面结果.其次通过多项式模型进行反射剖面拟合,计算精确着色点处的最大散射范围.最后,提出了一种新的重要性采样方案以减少蒙特卡洛所需的采样数,进一步提高计算效率.此外,方法所需的参数仅由着色点上的反射率以及材质平均自由程提供,以便于灵活调整渲染效果.实验证明,所提模型避免了之前对于散射范围的错误估计,对材质反射率复杂的区域具有更好的渲染精度,且渲染速率满足实时要求.     

基于LOD建模的视景仿真生成技术研究

细节层次(LOD)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方法得到一组模型以实现三维场景仿真,而视景生成会使仿真过程更直观形象。文中提出一种利用地形、景物数据库数据,采用LOD建模方法实时生成三维视景,实验结果表明该方法具有一定理论和实用价值。     

城市三维场景的逆过程式建模与混合渲染方法

针对大规模城市场景受制于数据规模,难以实现完整场景的视觉无损渲染的问题,提出一种基于过程式纹理重构和混合层次细节(LOD)模型的渲染方法.首先提取纹理中的重复与对称特征,构造纹理的过程式语法表示,实现了约70%的数据压缩,并且用户可以直接控制过程式语法的生成;然后通过几何模型采样创建点、线和多边形混合的LOD表示并编码存储;最后根据屏幕空间投影面积选择LOD模型进行渲染.实验结果表明,与原始模型和几何LOD方法相比,该方法分别实现了约10倍和5倍的渲染加速,可以实时渲染城市级大场景;在大幅度提高渲染效率的同时,基于72个个体样本的用户感知评价测试和基于动态范围无关算法的自动化测试结果证明,该方法渲染结果的视觉质量与原始模型相比无显著差异,是一种视觉无损渲染方法.