包含反射、折射和焦散效果的全局光照快速绘制方法

基于分治的思想,提出一种能够交互绘制直接光照、间接光照、反射、折射、焦散等多种效果的全局光照近似计算方法.该方法采用粗粒度的体结构来模拟低频间接光照,利用细粒度的图像对场景进行采样,计算反射、折射和焦散效果;将粗粒度的体采样和细粒度的图像方法相结合,提出了包含多次递归反射、折射的延缓收集缓冲区构建方法、基于体素的双向光照收集方法以及多分辨率自适应光照收集方法.与光子映射方法相比,文中方法更快,针对完全动态的场景绘制速度在10～30帧/s之间;与其他加速单一效果的方法相比,该方法不但可以快速准确地计算间接光照,而且包含了多种镜面效果,绘制效果逼真,显著增强了真实感.     

带材质的GPU加速体绘制算法

在体绘制过程中,为了给物质表面加入材质(光照和纹理)来提高结果的可读性,提出一种带材质的体绘制算法.通过引入2D球面光照贴图,用纹理映射替代了GPU中复杂的光照模型计算;利用物质表面单位法向量索引球面光照贴图中对应点的颜色信息,从而给物体表面赋予各种材质属性;并结合基于3D纹理的GPU光线投射算法完成绘制.实验结果表明,该算法简单易行,在增强可视化效果的同时使得绘制的效率也得到提升.     

基于梯度图的微结构表面全局光照实时绘制

针对带有微结构表面的几何模型全局光照计算复杂、难以达到实时性要求的问题,提出一种基于高度梯度图分析的全局光照实时绘制方法.首先,定义微结构高度梯度图,并据此构建可见点的局部最高点集合.其次,给出面向微结构表面对象实时绘制的全局光照计算模型,将光照计算近似分解为环境光入射、光源直接光照和一次交互漫反射这3种分量的计算.在环境光计算过程中,提出一种自适应环境光遮挡计算,借助局部最高点集合计算遮挡角.在直接光照中,给出一种微结构阴影的修正方法,搜索入射光方向的最近局部最高点剖面;通过比较剖面内光线投影与局部最高点的遮挡角,近似确定由微结构造成的阴影区域.最后,根据可见点的局部最高点集合确定一次交互漫反射的采样范围,进行渗色处理.整个全局光照计算方法在图像空间完成,较好地利用了延迟着色的思想和GPU并行计算的特点.算法可以在使用低精度几何模型时表现出带有微结构表面的高精度模型的全局光照效果,且适用于动态场景和可变形物体的全局光照计算.     

体绘制中显示隐含分界面的一种方法及其实现

在普通的体光照模型下,使用直接体绘制显示对象内部的隐含分界面(内部不同介质之间的分界面),需要改变传递函数,确定体素的颜色值和不透明度.虽然能够看到对象内部的结构,但是在这种模型下,要透过物体的表面清晰地看到其内部的隐含分界面是不可能的.这一方面是由于普通体光照模型中的粒子不具有选择透光性,即不能透过波长在一定范围内的可见光而吸收另一部分波长不同的可见光,只能同等地吸收各种波长的光;另一方面是因为普通体光照模型缺乏表面信息部分.该算法使用一种具有选择透光性的体光照模型,在这种模型中加入表面散射部分,这一部分与视线、光源位置无关,同时采用非真实感绘制技术来加大隐含分界面的显示效果.在这种光照模型下,可以清晰地显示出隐含分界面具体的细节部分.     

光线跟踪方法在体绘制中的应用与发展

针对光线跟踪方法存在求交计算量大、实时交互性差等缺点.从体光线跟踪算法、基于图形硬件加速的光线跟踪体绘制方法,并行光线跟踪体绘制技术这3个方面,对国内外光线跟踪方法在体绘制中的应用技术进行了分类描述与综述,重点介绍了体光照模型、光线跟踪混合绘制、基于可编程硬件加速、并行绘制算法及体系结构,并结合应用阐述了各自特点及其相互联系,最后对光线跟踪方法在体绘制的应用提出了研究建议.     

基于物理的浑浊水体的光照模拟

水体的真实感光照模拟是计算机图形学中的重要研究内容.现有的研究偏重于清澈水体的光照模拟,无法直接用于浑浊水体,为此提出一种基于物理的浑浊水体的真实感光照模拟方法.首先基于物质对水体光学特性的影响对浑浊水体进行建模,并分别建立每一类物质的吸收和散射模型;然后根据光线在浑浊水体中的传播及其与不同物质颗粒的交互作用计算光能的衰减变化,并将其转换为RGB颜色系统进行真实感绘制.借助GPU强大的并行处理能力,该方法可以实现对不同浑浊水体的光照效果的实时绘制.     

雨雾天气下光线散射效果的实时绘制

提出一种适用于雨雾天气的天空光照的多粒子散射模型,实现了雨雾场景中大气散射效果及雨后彩虹的真实感绘制.同时,通过对传统点光源单散射模型公式的解析简化,实现了各向异性光源散射效果的实时绘制.最终实时绘制出多种不同条件下真实感较强的雨雾场景.     

实时全局重光照算法

提出了一个实时全局重光照算法．算法利用重建的几何模型和沿不同光照方向的预采样图像恢复材料的反射属性，通过这些属性得到了面片在不同采样图像上的间接光照和环境光照．并用低价基函数将它们拟合．重光照绘制时，将恢复的材料属性应用于光照明模型计算出直接光照分量问接光照和环境光照分量由低阶基函数获得．物体表面细节则通过求解表面法向和材料属性的扰动量重建.实验结果表明，算法有效地重建了全局光照明效果和表面细节，生成的阴影边缘清晰，且绘制速度迭到实时．     

植物叶片表面质感建模与真实感绘制研究进展

植物表观的真实感建模是计算机图形学领域的重要研究内容,叶子作为植物最重要的器官,尤其受到广泛的关注。近年来,随着计算机硬件技术和图形算法的快速发展以及对植物叶子生理机理研究的不断深入,植物叶片表观质感建模和真实感绘制的研究取得了很多成果。植物叶片表面光学特性的采集与建模技术是其中的研究热点和难点。从植物叶片真实感质感模型的定义出发,介绍了近年来国内外在植物叶片表面质感建模和真实感绘制方面取得的最新研究进展,并给出详细的分析和总结。最后对该领域研究存在的问题和未来发展方向提出了一些看法。     

复杂环境光源下虚实融合光照实时计算

在互动电子游戏、增强现实等对实时计算要求很高的交互式图形应用中,大量使用复杂环境光源对虚拟物体进行照明,使其和真实场景的光照一致,虚实融合.提出了用Cook Torrance光照模型进行虚实场景的光照计算;利用球面调和基函数的方法,实时地计算高动态范围环境映射光照系数,得到高动态范围环境映射的二次多项式表达形式,在着色器计算该式得到漫反射分量;通过环境映射技术对镜面反射进行模拟,全部光照计算在GPU中完成.实验结果表明,该方法在动态变化的复杂环境光源下,完成对虚拟物体光照实时计算,绘制速度每秒30帧以上,绘制结果具有较强的真实感.     

Rendering of Surface and Volume Details in Volume Data*

Aiming at the detail rendering in volume data, a new volume illumination model, called Composed Scattering Model (CSM), is presented. In order to enhance different details in volume data, scattering intensity is decomposed into volume scattering intensity and surface scattering intensity with different weight functions. According to the Gauss probability distribution of gray and gradient of data, we propose an accurate method to detect the materials in a voxel, called composed segmentation. In addition, we discuss the principle of constructing these weight functions based on the operators defined in composed segmentation. CSM can generate images containing more details than most popular volume rendering models. This model has been applied to the direct volume rendering of 3D data sets obtained by CT and MRI. The resultant images show not only rich details but also clear boundary surfaces. CSM is demonstrated as an accurate volume rendering model suited for detail enhancement in volume data sets.     

不同材质色彩真实表现的光照模拟

为了研究不同材质的色彩真实表现,应用了图形学中对非镜面反射材质和镜面反射材质的不同计算方法,以及直接光照模型和全局光照模型的不同计算方法.进行了两种材质在两种光照模型中的渲染实验,实验结果分析表明非镜面反射材质颜色在直接光照模型中可以得到比较好的表达,镜面反射材质颜色在全局光照模型中的表达更真实.     

基于输运方程的混合式体绘制模型

作者从物理光学中输运理论的输运方程出发，在散射项的计算上，提出了体散射强度和面散射强度的计算，以及用边界因子组合该两项射强度作为质点粒子在该点的总的散射光照强度的体绘制光照模型。     

A Survey of Volumetric Illumination Techniques for Interactive Volume Rendering

Interactive volume rendering in its standard formulation has become an increasingly important tool in many application domains. In recent years several advanced volumetric illumination techniques to be used in interactive scenarios have been proposed. These techniques claim to have perceptual benefits as well as being capable of producing more realistic volume rendered images. Naturally, they cover a wide spectrum of illumination effects, including varying shading and scattering effects. In this survey, we review and classify the existing techniques for advanced volumetric illumination. The classification will be conducted based on their technical realization, their performance behaviour as well as their perceptual capabilities. Based on the limitations revealed in this review, we will define future challenges in the area of interactive advanced volumetric illumination.     

利用GPU实时绘制水墨画效果

系统可实时绘制中国山水画中常见的物体并生成视频输出，它包括5个模块：多通道技术和新型国画山光照模型的山峦绘制模块、基于位移映射的云层模拟、基于纹理运动的瀑布绘制模块、基于广告牌技术的树木绘制模块和实时视频输出模块．前面4个模块利用GPU可编程特性控制其流水线，对任意三维场景，可实时绘制水墨画效果；用户可根据需要对系统中的各个绘制模块进行配置并实时漫游．     

一种改进的基于GPU编程的光线投射算法

针对传统光线投射算法采样效率低、绘制精度差等缺点,提出一种新的体绘制算法,所给算法采用新的采样合成函数,并结合经典的Blinn-Phong光照模型,采用不透明度提前截止判断光线终止。整个过程使用Cg语言编写顶点程序和片段程序来实现。实验结果表明算法既可以增强传统光线投射算法的绘制效果,也可以加快算法的速度。     

体绘制技术在医学可视化中的新发展

科学计算可视化体绘制算法能反映出体数据的内部信息，在医学，它已经从辅诊断发展成为辅助治疗的重要手段，体可视化技术是医学可视化的重要研究内容，其处理过程包括体数据的获取，模型的建立，数据的映射，绘制等操作，该文介绍了医学可视化中常使用的几种光照模型，针对基于图象空间和对象空间两种体绘制算法，介绍了它们的基本思想方法，并详细阐述了在近期的主要加速技术和提高图象质量方法的新进展，最后给出了实验数据和结论。     

针对全空子数据体的GPU体绘制

目的 体绘制是3维数据可视化的主要方法之一。用于体绘制的数据体中包含有大量的空体素,导致光线投射算法进行没有意义的重采样计算,必然降低绘制算法效率。针对全空子数据体体绘制低效问题,提出基于GPU体高效绘制方法。方法 利用八叉树数据结构组织数据,有效管理包含许多空体素的子数据体。通过绘制八叉树非全空叶子节点子数据体表面,使光线投射算法中起始和终止重采样位置更接近数据体中的可视部分,同时根据八叉树全空节点子数据体判定纹理查询结果,计算合适的跳跃步长,快速跳过八叉树中全空节点子数据体。结果 当数据体中空体素较多时,确定合适的八叉树深度,有效地跳过数据体中的空体素,减少体绘制运算量,实现对原基于体包围盒表面绘制的GPU光线投射算法的加速。结论 设计不透明度函数,凸显数据体中层位面,并将算法成功应用于地震数据可视化,取得很好应用效果。