基于GPU的实时深度图像前向映射绘制算法

提出一种完全基于GPU(graphics processing unit)的实时深度图像绘制流程.该方法利用GPU的并行计算特性对深度图像的绘制过程进行加速.推导出一种在vertex shader上进行的三维前向映射方法,对输入像素进行前向映射,以得到更高的绘制性能,并利用图形硬件流水线的光栅化功能高效地进行图像的插值重构,以得到连续无洞的结果图像.在pixel shader上进行逐像素的光照计算,生成高品质的光照效果.实验表明,该方法可以高速地进行满屏绘制,准确地保留物体轮廓信息和正确的遮挡关系.还实现了基于该方法的实时漫游系统.该系统能够实时地绘制多个基于柱面深度图像表示的对象,并能对其进行视相关的动态LOD(level of detail)操作.     

基于GPU的大规模海浪实时绘制

海浪建模与绘制是近二十年来计算机图形学领域的一个经典问题,同时,随着硬件的发展,尤其是图形处理器(GPU)以大大超过摩尔定律的速度高速发展和其高速计算能力、并行性、其可编程功能,使得基于GPU的通用计算成为一个新研究热点.利用GPU的高速计算能力和可编程功能,解决海浪模拟中的复杂计算问题,提出一种基于图形硬件的大规模海浪实时绘制方法.首先,对图形处理器进行了概述.然后,基于Gerstner-Rankine模型生成海洋高度场,采用屏幕细分自适应算法对数字地球上的可视海洋表面进行采样,利用图形处理单元的可编程特性进行顶点和颜色计算,模拟实时球面海浪效果.实验结果表明,基于GPU的方法可以在普通PC图形硬件上实现大规模海浪的交互漫游.     

基于DIBR和图像修复的任意视点绘制

基于深度的图像绘制（DIBR）是高级视频应用的关键技术,为提高视点变换的图像质量,提出一种基于DIBR和图像修复的任意视点绘制方法。首先对深度图像进行形态学处理,以减少视点变换产生的空洞,平滑目标视点内部的物体轮廓;利用视点变换方程生成目标视点;对含有空洞的目标视点采用图像修复算法进行后处理,设计了含有深度项的代价函数,在深度的约束下进行纹理搜索,将最佳匹配块填补到空洞;在修复空洞的过程中采用亮度优先的策略以适应不同的色度采样格式。实验的主观效果对比和PSNR数据都显示本文算法比其他算法更为优越。     

基于DIBR和图像融合的任意视点绘制

虚拟视点生成是3维视频会议等应用领域中的关键技术,为了快速高质量地进行任意视点绘制,提出了一种基于深度图像绘制(DIBR)和图像融合的新视点生成方法,该方法首先对参考图像进行预处理,包括深度图像的边缘滤波和参考图像规正,以减少目标图像中产生的较大空洞和虚假边缘;然后利用3维图像变换生成新视点图像,并用遮挡兼容算法对遮挡进行快速处理;接着再对两幅目标图像进行融合得到新视点图像;最后用插值法填充剩余的较小空洞。实验证明,该新方法能获得令人满意的绘制效果。     

基于GPU的大规模场景实时阴影绘制

阴影绘制中,阴影图算法因不依赖于场景,绘制效率高已成为了大规模实时阴影绘制的主流算法。针对平行分割阴影图算法存在首个分割区域过小,而方差阴影图存在"光渗"问题,细致分析了在大规模场景中,实时阴影绘制的各种改进算法,提出了一种基于平行分割阴影图算法和方差阴影图算法结合的混合算法。实验结果表明,新的混合算法既提高了阴影绘制效率,又明显改善了阴影的质量。     

基于GPU的快速球面距离变换

文中提出了一种基于GPU加速的精确计算球面距离变换的算法.球面距离变换在球面网格剖分、气象建模等领域有重要的应用.目前主要的球面距离变换算法是基于有序扩散的,即每个球面像素的距离变换都需要参照相邻像素的信息.因而难以通过并行计算加速.在经度-纬度参数域上,该文给出了依次沿纬线和经线独立扫描进行球面距离变换的理论证明,提...     

基于GPU的点模型实时绘制

近几年随着GPU的可编程能力的增强,很多基于点的绘制算法都可以移植到GPU上来实现,这样既可以让CPU有时间来处理其他事,又可以通过GPU提高算法的运行速度。由于目前的GPU不支持epsilon-z-buffering算法,大部分基于GPU的绘制算法都是通过Multi-pass绘制来达到较高的绘制质量。然而,这些算法需要在第一和第二个pass中光栅化大量的可能可见的面圆,并在第二个pass的像素shader中对这些可能可见的面圆进行大量的计算。本文提出了一种基于GPU的改进Multi-pass绘制算法,与前面的Multi-pass算法相比,我们的算法只需在第一个pass中对大量可能可见的面圆进行光栅化和深度测试后,便可求出所有可见面圆,即离视点最近的面圆。然后在第二个pass中只对这些可见面圆进行光栅化和逐像素计算,从而避免了大量不必要的计算。     

基于图象的实时绘制技术

随着计算机技术的发展，对虚拟场景的真实感程度提出了越来越高的要求．基于 图象实时绘制技术是实现对虚拟场景建模和实时绘制的新的有效方法,可以克服传统的基于 几何绘制方式中建立真实模型的困难和实时绘制计算量大的缺陷．本文对目前出现的各种基 于图象的实时绘制方法进行分类介绍和综述．     

基于GPU真实感毛发绘制

基于毛发的多层纹理表达方法,提出一种毛发实时绘制方法.该方法充分利用图形处理器的绘制功能,不仅能对毛发进行高精度快速的光照计算,而且能够高效地模拟毛发间的自阴影效果以及物体其他部分在毛发上遮挡形成的软影现象,以增强毛发的真实感效果.实验结果表明,该方法能够实时处理中等规模的模型,这对于毛发物体在电影、游戏和虚拟现实等领域的应用具有重要的价值.     

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.     

一种基于GPU 的弹坑实时绘制方法

为解决动态地形绘制过程中高逼真性与实时性这一矛盾,提出一种基于GPU 的动 态地形实时绘制方法。首先基于Geometry Clipmaps 算法构建地形层次结构,然后在更新过程 中引入真实物理模型与过程纹理映射相结合方法,以使最终绘制的地形达到更为逼真的效果。 为验证该方法的有效性,模拟了炮弹在草地上爆炸形成的弹坑效果,并与基于ROAM 算法绘制 的弹坑效果在绘制三角形数量、平均帧速率及CPU 占用率3 个方面做了对比。实验结果表明, 所提方法能够有效减少绘制的三角形数量,并能获得较高的帧速率及逼真度,满足动态地形绘 制对于高逼真性和实时性的要求。     

GPU在实时阴影绘制中的应用

实时阴影在增强三维场景真实感方面起着非常重要的作用。阴影体算法是实时阴影绘制中效果非常理想的一种方法。但是随着场景复杂度的增加,该算法计算量比较大,将导致绘制效率的降低。另一方面,随着可编程GPU技术的发展,GPU的渲染速度远远大于CPU,为提高三维场景的渲染效率提供了更大的空间。在此基础上,介绍了一种在GPU上生成阴影体的方法,加速实时阴影绘制。利用图形硬件的图形处理单元（GPU）的运算能力和可编程性,将生成阴影体的大量计算从CPU转移到GPU,从而有效地提高实时阴影的绘制效率。     

基于GPU的近似软影实时绘制

通过对阴影图算法进行扩展,提出一种完全基于GPU的近似软影实时绘制算法,它是一种3遍算法:第一遍从光源中心计算场景的深度图;第二遍采用几何着色器提取物体的轮廓边,同时在轮廓边上生成新的几何图元,利用硬件自动插值功能向外绘制线性近似半影图,并根据第一遍得到的深度图在像素着色器中对背面轮廓形成的半影区进行剔除;对于重叠的半影区设定片元的伪深度值,利用硬件进行自动融合.第三遍分别查询深度图和半影图,确定场景的本影区以及半影区中像素的亮度,从而得到面光源照射下场景的近似软影效果.     

基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染

基于光线追踪,将屏幕图像像素分解为投射光线与场景对象交点面片辐射亮度和 纹理贴图的合成,每个面片的辐射亮度计算基于双向反射分布函数(BRDF)基的线性组合,并通 过图形处理器(GPU)处理核心并行绘制进行加速,最后与并行计算的纹理映射结果进行合成。 提出了一种基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染算法,利用GPU 并行加速,在提 高绘制效率的前提下,实现动态交互材质的全局光照实时渲染。重点研究：对象表面对光线的 多次反射用BRDF 基的线性组合来表示,将非线性问题转换为线性问题,从而提高绘制效率; 利用GPU 并行加速,分别计算对象表面光辐射能量和纹理映射及其线性组合,进一步提高计算 效率满足实时绘制需求。     

基于GPU的海量城市管线高效建模与实时绘制

地理信息系统行业积累了海量基于二维矢量的管线数据,文中针对传统的基于CPU的多层次细节预处理三维建模及绘制方法存在质量和效率方面的不足,从管线二维矢量数据的形状特征出发,提出一种无需预处理的、可一次性在GPU中装载并处理城市规模管线数据的三维建模与实时绘制算法.该算法利用现代GPU可编程硬件的特性来实现,在GPU上对管线形状进行解码,在顶点着色器采用2个剪枝策略进行场景的可见性剔除计算,然后基于细分着色器对管线曲面进行多层次细节几何自动建模,全过程无需CPU干预.实验结果表明,文中算法适用于城市级别的海量管网数据,相比于已有的方法,绘制效果和多项性能指标得到了大幅提升.     

海量地形实时动态存储与绘制的GPU实现算法

为了降低实时更新和存储海量地形的形变数据对动态绘制速度的影响,提出一种基于整数小波变换与限制性四叉树相结合的GPU并行动态存储与绘制算法.首先设计面向CUDA并行且无损的基于块的整数小波变换算法和SPIHT压缩算法,提高地形压缩比以减小数据传输量,同时解决了海量地形动态数据存储的编解码的实时性问题,实现了局部动态地形数据的实时存储;然后将小波系数、限制性四叉树层次结构以及模板技术相结合,提出一种自适应三角化和绘制的并行处理算法.实验结果表明,对于海量地形数据,文中算法可以在实现后端及时保存局部形变数据的同时,前端可以保持较高的绘制帧率.     

GPU单散射并行绘制算法

为了加快介质单散射绘制的速度,提出一种基于GPU的介质单散射并行绘制算法.首先利用光线与场景的交点链表以及光线与介质包围盒的交点计算光线在介质空间中的传播路径;然后进行Ray Marching计算介质单散射光照,使得绘制过程高度并行化.在此基础上,提出图像空间的插值加速算法,利用单散射只与Ray Marching的深度、采样点到光源的距离以及局部介质属性有关的特点,通过定义适当的插值函数在网像空间对像素进行插值,减少Ray Marching的次数,节省绘制时间开销.实验结果表明,文中算法可达到可交互的绘制效率,且不需要预计算,并支持用户在绘制过程中实时修改光照和介质属性,包括各向异性的均匀和非均匀介质.     

基于图象的绘制技术

基于图象绘制技术是实现对虚拟场景建模和实时绘制的新的有效方法,可以克服传统的基于几何绘制方式中建立起初模型的困难和实时绘制计算在的缺陷。本文介绍和分析目前图象绘制技术的一些主要方法,并提出改进途径。     

基于GPU编程的真实感水面模拟绘制

提出基于GPU编程的真实感水面的优化实时渲染算法。介绍了各种水面渲染需要使用到的图形,数学处理技术。通过固定的顶点流实现了水波建模,凹凸映射贴图和纹理混合,水面的反射和折射等多种特效,并使用可编程流水线的补色渲染完成最后的水面绘制。实验证明该方法可以很好地模拟真实水面的渲染要求,可以满足3D游戏和动画中对水面渲染的需要。