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.     

三维水面模拟的研究与实现

简述了基于正弦波的水波模拟的算法,重点介绍了使用GPU编程对水波进行实时模拟和渲染的方法.该方法充分利用GPU提供的可编程特性及强大的计算能力,既能绘制具有真实感的水面,又能满足实时渲染的速度要求.     

面向数字地球的海量地形技术研究

海量地形技术对于数字地球的实现起着举足轻重的作用．本文探讨了面向数字地球的海量地形技术中的两个关键问题——多分辨率地形的建模与实时绘制以及分布式海量地形的实时绘制.在此基础上提出了混合LOD算法,并给出了分布式海量地形实时绘制的框架．实验表明,采用该框架和混合LOD算法可以解决海量地形的实时绘制．     

面向飞行模拟的云仿真及其实时绘制

改进并建立了云光照模型,引入了大气密度与海拔高度间的关系,并基于粒子尺度对散射相函数进行加权以提高仿真精度。针对飞行模拟的静态/动态云绘制,提出了基于粒子系统和Texture Sprites实现云谱交互建模的有效方法。为达到实时绘制,采用动态生成Impostor技术和GPU加速仿真及实时绘制。将本文提出的粒子云绘制技术集成于飞行模拟器的视景系统,能够增强虚拟环境的真实感、沉浸感,并满足限时系统的交互要求。     

八叉树编码与GPU加速结合的光线投射法

为了同时保证绘制速度和图像质量,提出了一种基于GPU加速的光线投射算法.该算法利用图形硬件自带的三线性插值功能来完成光线投射算法中耗时的采样、插值过程,在采样过程中进行空间跳跃,以实现绘制加速.实验结果表明：该算法保证了高质量的图像绘制效果,在增加存储容量较小的同时将绘制速度提高了95倍,实现了海量体数据基于GPU的实时绘制.     

基于GPU加速的光线跟踪体绘制算法研究

光线跟踪算法是真实感图形学中体绘制的主要算法之一,本文分析了基于GPU的光线跟踪技术的实现原理,设计了基于流的GPU光线跟踪体绘制方法。根据设计的三个实验场景所包含的三角形面片数,在2种不同分辨率下,分别实现GPU和CPU的光线跟踪绘制。通过实验结果比较、分析,发现随着场景复杂度的增加,基于GPU加速的光线跟踪算法将明显优于CPU上的算法。     

改进的自适应特征细分方法及其对Catmull-Clark曲面的实时绘制

传统的自适应特征细分(FAS)算法对曲面上的全部特征点进行统一深度的细分,影响算法的执行效率,针对这一问题,提出了一种自适应特征细分方法。首先,设计了一种模块,即特征块处理单元(FPU),用于计算不规则区域的细分因子,根据Catmull-Clark细分模式来处理特征区域的不规则块,同时减少了GPU渲染块的数目;然后,对FAS的数据结构进行扩充,将关键点数据存放在细分表和渲染表中,GPU对表中数据进行全局细分与绘制,提高了细分和绘制的速度。实验结果表明,改进后的细分表和渲染表结构能够保证细分的动态特性和渲染的实时性。与传统FAS方法相比,本文算法能够保证三维曲面的绘制精度的同时,提高了28%的绘制速度,在实时性方面优于传统FAS方法。     

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。     

基于CUDA的细分曲面阴影体算法

为了在虚拟现实、电脑游戏等图形应用中更快速生成和实时绘制细分曲面的阴影,提出采用CUDA架构的GPU阴影体生成算法.该算法采用基于CUDA的曲面细分算法,通过CUDA共享内存结构使表面细分过程更加高效.采用基于CUDA的阴影体算法产生阴影轮廓线以及拉伸出阴影体.通过基于CUDA的流式缩减算法对阴影体数组进行压缩.通过优化CUDA和OpenGL的互操作,将绘制过程从以往算法的3步减少为2步.该算法在具有CUDA硬件的标准PC上进行测试.实验结果表明,与之前的GPU的算法相比,该算法可以生成更复杂细分曲面的阴影体,阴影体数组占用显存空间降低到2％以下,并可获得高达4倍的绘制速度提升.     

基于单摄像头的自然用户接口引擎开发

自然用户接口(NUI)通过自然且直观的操作方法实现了人机交互中的控制接口,是人机交互手段研究的一个新兴的方向.本文利用廉价的网络摄像头作为NUI应用的信号输入端,设计了一套基于单摄像头的NUI结构,并通过融合CUDA工具包和DirectX软件开发包(SDK),开发了实时的NUI引擎系统.引擎使用网络摄像头进行视频捕捉后,利用图形处理器(GPU)编程方法实现实时的图形处理,并结合DirectX SDK展示NUI应用.为了检验所提出的实时NUI引擎的性能,本文利用其开发了若干非触摸操作的混合现实游戏和应用,实验结果表明本引擎实现了实时直观的交互式操作.     

大规模虚拟人的实时多样性绘制

研究了大规模虚拟人的实时多样性绘制方法。提出了基于IBR技术的区域重新组合法,在有限个输入模型的条件下,实现了大规模虚拟人场景的实时多样性绘制;提出了多分辨率纹理方法,能够真实地绘制近景个体。实验表明:该方法能够实时地绘制具有多样性的大规模虚拟人场景。该方法可应用于网络游戏、战场视景仿真、数字城市、电影制作等领域。     

基于智能体技术的人员群集流动动力学模型

目的运用计算机技术研究复杂的群集流动现象，设计和优化人员疏散系统．解决群集人员流动安全管理问题．方法吸取社会力模型中行人运动受到社会力支配的思想，综合考虑行人之间的相互影响，利用智能体技术，在人员流动行为规则的指导下，建立群集流动的微观动力学模型，借助自适应网格生成技术实现了人员群集流动的计算机模拟．结果对仅有一个出口的大房间和设有障碍的通道的人员疏散过程进行了模拟，模拟动画图像显示了人员流动过程中在流动通道瓶颈处的成拱现象及行人流避让和绕过障碍的现象．结论通过群集流动微观动力学模型并借助自适应网格生成技术，实现了对于人员群集流动状态及其演化过程的计算机模拟．提高了运算速度．表明本模型具有一定的适用性．     

商业社区人群密度监测系统设计

人群监控是借助于数字图像处理技术对某一区域的人群进行监控,它在社会生活和生产的许多领域有着广阔的应用前景。人群密度估计是人群监控中的重点。现有的人群密度估计方法,对于低密度人群图像采用基于像素统计的方法,对于较高密度人群图像采用基于多尺度分析和分形的纹理分析方法,并应用支持向量机进行人群密度等级分类。现有方法计算量较大,容易出错,且实时性较差。经试验证明,本文的方法较以前的方法更为准确有效,实时性更好。     

基于人体模型和超像素的黏连人群分割方法

针对监控视频中拥挤人群的分割问题,提出一种对黏连人群进行分割的新方法.该方法利用投影法和Hough圆检测方法对目标的头部进行检测,利用卡尔曼滤波跟踪算法实现遮挡情况下的人群头部粗定位;采用人体模型实现行人的粗分割;对目标前景进行超像素分割,基于相邻像素块之间的颜色相似程度和与人体模型的形状匹配程度构建一个加权图模型,通过求解最优路径的方法得到黏连目标的最优分割边界.实验表明:该方法能有效解决黏连人群的分割问题,且能够精确地提取出完整的人体轮廓.     

基于VRML的大规模虚拟场景的实时载入方法

针对网络环境下大规模虚拟场景的实时生成中所面临的速度问题,通过对VRML（Virtual Reality Mod-eling Language）工作原理和优化技术的分析,提出一种基于网格化管理的大规模虚拟场景的实时载入方法,实现了虚拟校园场景的生成系统。通过有选择地下载和渲染小部分场景,可提高生成速度,便于大规模场景的实时浏览。     

基于层次块的大地形实时细节合成及渲染算法

为解决渲染真实大地形场景面临的数据获取困难问题,减轻海量地形数据存储与调度的压力,提出了基于层次块实时生成可控的地形细节,完成地形渲染的新方法。采用了层次块结构组织采样数据。给出了基于层次块生成可控细节的方法,使用块网格细分增加采样点,提出了基于Perlin噪声的可控多重分形算法计算细节,保证了生成的细节受真实采样点属性控制。采用统一的细节选择标准完成了细节合成与LOD方法集成,其结果与原始地形块共同构成了动静结合的双层自适应层次结构,实现了视相关的大地形渲染。面向GPU实现了实时合成算法。实验分析表明了该方法能够利用有限的真实地形数据实时产生与实际地形特征相近的细节,完成大地形渲染。     

基于分块的大规模地形实时渲染方法

将地形数据分块技术、层次细节模型（LOD） 技术、改进的ROAM 算法和数据预取技术等相结合,提出了一种超大规模地形数据实时渲染方法.通过分块策略对规则网格进行区域分割,采用空间填充曲线对分块网格进行多分辨率排列,并建立三角形节点顺序与剖分点之间对应关系的快速检索,实现数据快速调度;视见体投影简化分块裁剪算法降低可见性判断的复杂度,提高了计算效率;改进的四队列ROAM实时构网算法,很好地利用了相邻帧的相关性,有效地提高了渲染速度;基于视点预测、部分数据常驻内存的多线程数据预取实现了场景规模基本不相关的连续LOD实时渲染.实验结果表明,该算法高效可行,适合于海量地形场景的快速渲染和交互漫游应用.     

电磁环境实时分频段绘制算法

提出了一种分频段电磁环境绘制算法。以雷达设备的电磁辐射功率密度表征电磁环境,计算数据时不区分频段,获得所有频段联合作用的数据场,根据雷达设备的分布及作用情况将数据场划分为对应不同频段的子区域。使用光线投射算法绘制电磁环境数据场,在设计传递函数时生成多频段颜色查找表,以颜色区分频段,并绘制数据场。在所有颜色查找表中保持前部若干颜色相同,绘制所有频段的联合分布。最后,使用统一计算设备架构加速实现了实时分频段绘制。实验结果表明,绘制结果显示了电磁环境中的频段分布信息,又反映了所有频段的联合作用情况,方便用户直观理解电磁环境。     

大范围动态海浪实时渲染

为实现大范围动态海浪的实时渲染提出了一种高效方法.首先提出一种基于LOD技术的新型网格模型,采用Gerstner模型在GPU(图形处理单元)上实现了海浪的动态模拟和Choppy波的模拟,给出一种凹凸纹理贴图的方法对较远处的海浪渲染实现加速,并利用动画凹凸纹理改善海浪渲染效果;其次通过立方体纹理实现了对天空、太阳的反射效果,运用Phong光照模型实现了海浪的光照并实现了菲涅尔反射;最后采用动画纹理模拟了海浪中的泡沫,并实现了云在海面上投射的阴影等特殊效果.实验结果表明,该方法可以对90 km范围的海浪进行实时交互渲染,并已成功应用于某飞行模拟器中.     

分形递归树的森林景观实时模拟方法

为真实地模拟自然界的森林景观,在利用分形递归算法构建参数化三维树木模型的基础上,结合OpenGL函数,将纹理映射、Alpha测试和地面阴影应用到树木的真实感绘制中．并在算法中引入随机数,实现大小不同、形态各异的树木生成．绘制时,根据视点距离的远近,调整场景的精细程度,以符合视觉效果,且加快了图形生成速度．以此方法构造森林,可改变观察者的视点位置,实现对森林景观的实时模拟．