一种非规则数据场的体绘制算法

非规则数据场的体绘制是可视化的一个热点和难点。常用直接体绘制算法有光线投射法、单元投影法、快速体绘制算法。本文吸取了上述三种算法的优点,采用体元面投影的方法来确定光线路径;同时考虑到非规则数据场的一些特性,采取三个有效的措施大大加快了投影和求交速度;在采样中用分段积分法代替等距采样,从而进一步提高了图象质量。     

基于满二叉树分块策略的大规模数据场纹理映射体绘制算法

针对纹理映射体绘制物理内存空间的限制,本文提出一种可在通用图形硬件上完成大规模数据场实时体绘制的有效方法.该方法基于满二叉树纹理分块策略,利用GPU着色器可编程性,将纹理数据制作为一个一维传递函数查找表和一个规模等同于体数据场的动态纹理工作集,有效提高了大规模数据场体绘制的实时性.动态纹理工作集使用抽象分块与继承关系管...     

Adaptable Splatting for Irregular Volume Rendering

By employment of a footprint table in conducting intensity integration, splatting method has been very successful in rendering regular data volumes. Recently, the method has also been extended to render irregular data volumes. However, since samples in irregular volumes vary greatly in size and shape, the footprint table is unable to be employed in an efficient manner. This hinders the application of splatting approach from being used in the irregular volume case. In this paper, an adaptable splatting method is proposed, which provides an efficient way to integrate color intensity in terms of footprint table for the samples in various sizes. Experiments show that the new method may be used to produce better images without extra expense.     

基于动态纹理载入的大规模数据场体绘制

为克服图形硬件对传统纹理映射体绘制的限制,提出了一种在普通PC上进行大规模数据场体绘制的有效方法。该方法中,体数据被划分为合适大小的数据块,这些数据块被动态的载入图形硬件,并利用3维纹理映射进行绘制。在整个绘制过程中,仅有一个数据块存储在图形硬件上,有效地提高了对大规模体数据的绘制能力。同时,充分利用目前PC图形硬件成熟的可编程特性,通过对梯度的实时计算来减少在传统纹理映射体绘制中巨大的内存消耗。实验结果表明,该方法在普通PC上可以对超过纹理内存容量的大规模体数据进行交互式体绘制。     

非规则数据场体绘制技术的研究

科学计算可视化的核心是三维数据场的可视化．当前三维可视化的研究热点是体绘制技术。文中介绍了三维非规则数据场体绘制技术的研究现状。在此基础上，通过对已有非规则数据场体绘制技术和算法的分析比较．预测非规则数据场体绘制技术今后的发展趋势以及将来应该重视的研究方向。除了改进已有算法、将各种算法结合起来外，还应该在硬件及系统加速技术方面做研究，同时结合漫游技术研究和开发高效的三维空间非规则数据场的可视化技术和并行算法。     

非规则数据场体绘制技术的研究

科学计算可视化的核心是三维数据场的可视化,当前三维可视化的研究热点是体绘制技术.文中介绍了三维非规则数据场体绘制技术的研究现状.在此基础上,通过对已有非规则数据场体绘制技术和算法的分析比较,预测非规则数据场体绘制技术今后的发展趋势以及将来应该重视的研究方向.除了改进已有算法、将各种算法结合起来外,还应该在硬件及系统加速技术方面做研究,同时结合漫游技术研究和开发高效的三维空间非规则数据场的可视化技术和并行算法.     

适用于GPU的四面体体数据规则化与可视化

为实现三维不规则体数据场的高效绘制,提出一种适用于GPU的四面体体数据规则化和可视化算法.将以四面体为基本单元的稀疏体数据用一个有限深度的八叉树结构逼近,并将逼近误差表达为一个离散的完全空间哈希结构;然后将半规则的八叉树转换为规则的八叉树纹理(三维),并将完全空间哈希表转换为三维查找表,两者均可在绘制时快速随机取值,故可直接作为三维纹理在GPU中访问.通过这种双规则化的表示方法,可将四面体体数据的可视化转化为在GPU中并行地绘制2种三维纹理.实验结果表明,该算法在处理空间稀疏体数据时保证了较高的精度,同时减少了数据存储量.     

不规则地质体的分割与体绘制方法研究

提出一种基于局部信息的区域增长方法(LI—RGA),该方法克服了最小偏差区域增长算法(R—RGA)中一致性准则函数定义的模糊性问题．实验结果证明,算法的分割准确性有所下降,但基本上不影响对不规则地质体的解释和分析工作．针对地震数据的特点,对传统光线投射算法进行了简化,并将分割出的不规则地质体定义成区域模板,再与改进的光线投射体绘制算法结合起来．实验证明,此方法能够清晰地再现数据体中的不规则地质体,并能同时显示重要的地质特征体．     

基于位移映射的非规则军队标号绘制算法

为了解决三维非规则军标与地形的叠加问题,提出一种基于位移映射的军队标号绘制算法.首先在GPU片元着色器中对地形进行平滑过滤,滤除局部细节而保留地形起伏的主体趋势,将处理结果实时绘制成位移映射纹理;然后由非规则军标的控制点集生成军标二维外轮廓,用之裁剪一次NURBS表面生成平面的军标网格;最后在GPU顶点着色器中依据绑定的位移映射纹理位移军标网格上各顶点,以达到地形匹配的目的.实验结果表明,该算法可使非规则军标合理地匹配上三维地形,且运算效率高,能满足交互编辑以及动态推演的实时要求.     

基于有效裁剪被遮挡单元的非规则数据场体绘制算法

提出了一种被遮挡单元的裁剪算法,以加速非规则数据场的体绘制过程。在基于一组平行切割平面的体绘制方法上,新算法通过对图像不透明度缓冲区中的值进行求平均操作,并将所计算的结果存储在一个与不透明度缓冲区间同样大小的平均不透明度缓冲区中,使得只需根据每一数据单元重心投影点在平均不透明度缓冲区中的值,就可得到此数据单元的可见性,从而有效裁剪掉被遮挡单元,降低需处理的数据量,加速体绘制过程。     

基于三角带模板的大规模地形实时绘制方法

大规模地形的绘制技术一直是国内外虚拟现实领域的研究热点。为快速实时绘制,又保持真实性,提出一种基于三角带模板的大规模地形实时仿真方法。可用在战场环境仿真、飞行仿真、3D游戏等仿真系统中。先进行地形数据预处理,将地形分成若干相等的小块,并且计算每个小块的包围盒,然后根据地形块的大小确定一族三角带模板。实时绘制时,根据包围盒的屏幕投影误差因子选择合适的三角带模板,用三角带模板快速绘制地形块。采用扫描视锥体投影三角形裁剪方法剔除不需要绘制的地形块,并且采用添加阴影平面的方法消除地形裂缝。最后,在Puget Sound地形数据上进行了实验并进行了分析。实验证明,方法是可行和有效的。     

Incremental Volume Rendering Using Hierarchical Compression

We present a new algorithm here for efficient incremental rendering of volumetric datasets. The primary goal of this algorithm is to give average workstations the ability to efficiently render volume data received over relatively low bandwidth network links in such a way that rapid user feedback is maintained. Common limitations of workstation rendering of volume data include: large memory overheads, the requirement of expensive rendering hardware, and high speed processing ability. The rendering algorithm presented here overcomes these problems by making use of the efficient Shear-Warp Factorisation method which does not require specialised graphics hardware. However the original Shear-Warp algorithm suffers from a high memory overhead and does not provide for incremental rendering which is required should rapid user feedback be maintained. Our algorithm represents the volumetric data using a hierarchical data structure which provides for the incremental classification and rendering of volume data. This exploits the multiscale nature of the octree data structure. The algorithm reduces the memory footprint of the original Shear-Warp Factorisation algorithm by a factor of more than two, while maintaining good rendering performance. These factors make our octree algorithm more suitable for implementation on average desktop workstations for the purposes of interactive exploration of volume models over a network. Results from tests using typical volume datasets will be presented which demonstrate the ability of the algorithm to achieve high rendering rates for both incremental rendering and standard rendering while reducing the runtime memory requirements.     

基于遮挡单元裁剪的非规则数据场体绘制算法研究

通过建立一个与不透明度缓冲区同样大小的平均不透明度缓冲区,就可根据数据单元重心点在平均不透明度缓冲区内的值判定数据单元的可见性,从而使得在以物体空间为序的非规则数据场体绘制过程中直接将投影完全位于不透明区域内的数据单元裁剪掉,极大地减少需处理的数据量,加速绘制过程。     

使用GPU编程的光线投射体绘制算法

将传统的光线投射体绘制算法在具有可编程管线的图形处理器(GPU)上重新实现.首先将体数据作为三维纹理保存在显存中,然后通过编写顶点程序和片段程序将光线进入点/离开点计算和光线遍历的计算移入GPU中执行,最后根据不同的采样点颜色混合公式实现不同的绘制效果.文中算法仅需绘制一个四边形即可完成三维重建.实验结果表明:在进行光照效果的重建时,该算法能够达到实时交互的绘制要求,并能实现半透明等复杂绘制效果.     

大规模雪场景的实时绘制

大规模雪场景的真实感实时绘制在虚拟现实、雪灾的预防和救援、军事仿真及游戏设计等领域有着广泛的应用价值,但现有方法难以同时生成大规模动态雪场景的积雪及飘雪效果.为此提出并实现了一种交互式大规模雪场景建模与实时绘制的新方法.为了精细地模拟场景的积雪效果,提出一种基于视点的自适应降雪遮挡图模型,能在实时更新地物的遮挡关系的同时大大减少大规模雪场景中积雪的计算量,并提高了计算精度;对于场景的飘雪,采用一种基于视点的雪粒子分层建模技术来减少雪粒子数量,将视点变换及降雪粒子系统移至GPU中进行加速计算;采用动态多旋转纹理来模拟飘落雪花的形状以增加其真实感;采用几何与纹理混合绘制的方式来减少大场景的复杂度.最终成功地实现了野外和城市两个大规模雪场景的实时漫游,在场景中可看到压雪累累的树枝雪挂景象及轿车上厚厚积雪等冬天美景.     

基于纹理映射与Phong光照模型的体绘制加速算法

为了提高体绘制速度，提出了一种基于纹理映射、具有Phong光照效果的体绘制加速算法．该算法是根据Phong光照模型，利用一单位球面体来仿真相同光照绘制条件下的每一个体素的反射光强，首先形成一个以法线矢量为索引值的反射光强查寻表，再应用窗值变换的加速算法来计算体素的不透明度；然后采用纹理映射的方法将体素光强值与由不透明度组成的3D数据集从物体空间投射到观察空间，再沿视方向融合为3D图象．实验表明，这种3D旋转的明暗修正保证了体绘制中3D旋转几何变换的多视角观察的交互速度．由于该算法综合了体绘制软件算法数据处理与纹理映射硬件加速的优点，并用2D纹理映射与融合的方法实现了体数据的3D重建，因而不仅降低了对计算机硬件与软件环境的要求，而且在目前通用个人计算机上即可获得近似实时的交互绘制速度和良好的3D图象品质．据研究，该算法同样适用于3D纹理映射的体绘制方法．     

体绘制技术

可视化技术是继计算、实验两大科学研究方法之后的第三种研究方法,体绘制技术作为可视化技术的一个重要分支,已经取得长足发展。对常用体绘制技术进行了分类,并且指出、分析了各自特点及适用场合,为进一步应用、改进这些技术提供参考。     

Compressive Volume Rendering

Compressive rendering refers to the process of reconstructing a full image from a small subset of the rendered pixels, thereby expediting the rendering task. In this paper, we empirically investigate three image order techniques for compressive rendering that are suitable for direct volume rendering. The first technique is based on the theory of compressed sensing and leverages the sparsity of the image gradient in the Fourier domain. The latter techniques exploit smoothness properties of the rendered image; the second technique recovers the missing pixels via a total variation minimization procedure while the third technique incorporates a smoothness prior in a variational reconstruction framework employing interpolating cubic B‐splines. We compare and contrast the three techniques in terms of quality, efficiency and sensitivity to the distribution of pixels. Our results show that smoothness‐based techniques significantly outperform techniques that are based on compressed sensing and are also robust in the presence of highly incomplete information. We achieve high quality recovery with as little as 20% of the pixels distributed uniformly in screen space.     

加速体绘制技术

根据体绘制成像的各个操作环节，对体绘制的加速技术进行了较全面且系统的介绍，包括色彩合成、光线与数据的求交、插值计算、排序及视见变换、对体绘制的基于硬件及系统方面的加速技术（如并行体绘制和漫游体绘制）也进行了一些讨论，在实际应用中，只有将各种加速技术进行有机地结合才能充分发挥体绘制的可视化作用。     

大规模海浪场景的真实感绘制

针对计算机图形学中大规模海浪场景绘制的难题,提出一种实时绘制高真实感海浪的方法.首先提出同心圆网格模型来模拟海浪表面;然后利用基于GPU的快速傅里叶变换方法生成海浪高度图,并模拟了Choppy波,减轻了磁砖效应.分别采用立方体纹理映射、平面反射及Phong镜面反射技术模拟海面对天空、景物、太阳的反射效果,并在海面的折射效果中考虑了海水深度的影响.最后模拟了海浪中的泡沫以及景物在海面上的阴影效果.该方法已成功地应用在航海模拟器中.