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。     

一种基于GPU的大规模水面实时模拟方法

大规模水面的实时模拟一直是虚拟现实技术中的一个研究热点。在各种虚拟场景中,绚丽逼真的实时的水面效果可以大大增强场景的真实感和沉浸感。采用高度图和增加随机扰动的方法实现动态水面的建模,为了增加水面效果的逼真度,结合使用了纹理映射、色彩融合以及动态纹理技术,实现了具有波纹、反射、折射和水面流动等水面效果。为了加快渲染速度,利用可编程图形硬件的强大计算能力,将顶点法向量计算,水面发射折射等需要大量计算的步骤,通过GPU编程的方式实现。较传统的基于CPU的水面模拟,本文试验结果不仅真实感比较强,渲染速度更是有了很大的提高,说明本文算法的可行性和在渲染速度上的优越性。     

水面倒影及折射的潜在可视集合预计算

针对大规模场景的水面倒影及折射渲染的可见物体计算问题,提出一种完全基于GPU加速的区域潜在可视集合(PVS)的预计算方法.借助圆盘式水面和模板缓存来统计只在水面部分以倒影方式和折射方式渲染的几何像素值;通过调整计算速度和精度间的场景分割精度、最大误差等参数,缩短了PVS的计算时间.将PVS应用到水面倒影及折射图渲染中,并与已有水面渲染方法进行比较.针对不同场景的测试结果表明,采用文中方法可对常见场景中水面渲染可见物体的计算提供一个良好的解决方案,有效地减少了需要渲染的几何数据的数量,明显地提高了虚拟漫游时场景的渲染效率.     

交互式实时水面渲染*

介绍了一种利用可编程图形硬件来实现水面实时渲染的方法。该渲染过程分为两个阶段,即水面建模和光照实现。通过当前图形硬件新提供的顶点纹理技术来对水面进行建模,并结合环境纹理映射技术和二维纹理映射技术实现了水面上的反射与折射等光照现象。实验证明,该方法大大提高了渲染速度,增强了水面渲染的交互性和实时性。     

交互式实时水面渲热

介绍了一种利用可编程图形硬件来实现水面实时渲染的方法。该渲染过程分为两个阶段,即水面建模和光照实现。通过当前图形硬件新提供的顶点纹理技术来对水面进行建模,并结合环境纹理映射技术和二维纹理映射技术实现了水面上的反射与折射等光照现象。实验证明,该方法大大提高了渲染速度,增强了水面渲染的交互性和实时性。     

巨浪，从你手中诞生——教你如何创建波浪、浪花以及其他相关效果

在过去十年中,水波特效在各类游戏中变得越来越引人注目。直到不久前,创建真实的实时水波特效仍然是极为困难的,因此,这些高质量的水效主要还是应用在使用离线渲染生成的电影中,主要是因为表现水面需要使用大量的多边形和复杂的着色器（shader）。近期,随着GPU计算能力的大幅提升和编程灵活性的增强,我们也可以开始在游戏中自由创建各种水波特效。     

基于GPU加速的三维水面模拟

提出一种基于水面物理特征和GPU实时加速的水面效果三维模拟方法．根据水面运动的物理特征和水面纹理变化特征,采用4个周期函数叠加产生几何波和2个周期函数叠加产生纹理渡,使用凹凸纹理表现水面的细节．通过环境映射实时模拟出水面的反射等现象,通过GPU实时加速渲染,最终生成实时并且生动逼真的水面。     

基于GPU的水面实时渲染算法

提出基于可编程图像硬件实时生成真实水面的渲染方法,通过实现水面建模、水面折射和反射完成整个渲染过程。在正弦波叠加的同时,利用2个凹凸纹理实现水面的动画效果,通过实时纹理映射技术实现水面的反射、折射和菲涅尔等水面光照效果。实验证明该算法能够很好地满足人们对真实感和实时性的要求,适用于虚拟现实中真实水面的生成。     

基于Irrlicht引擎的实时浅水效果模拟

本文在Irrlicht引擎的基础上结合GLSL语言,对浅水的水面波动、反射与折射特性及菲涅尔现象进行了实时模拟。将基于Gestner波的水面波动与基于纹理波的动态法线贴图相结合,真实地模拟了水面的波动与波纹效果。同时,采用渲染到纹理技术实时生成反射贴图,准确地模拟了水面的反射效果,解决了采用环境贴图渲染时的反射失真问题。在不考虑水深的情况下,本文将菲涅尔权值与材质的alpha通道相结合,去掉了实时渲染中折射贴图的生成,在满足实时浅水效果渲染的视觉需求条件下,减小了CPU与GPU的计算量。     

实时水面模拟方法研究

提出了一种基于GPU的水面实时模拟方法。该方法不依赖于噪声图,而实现了实时的水波生成、折射和反射效果的菲涅耳合成以及水面光照模型的计算。利用GPU在片段处理前的光栅化处理,该方法渲染负荷不会因水面大小和精度而增大。且依赖GPU的高速计算能力,方法可以达到实时。     

Projection Mapping on Arbitrary Cubic Cell Complexes

This work presents a new representation used as a rendering primitive of surfaces. Our representation is defined by an arbitrary cubic cell complex: a projection‐based parameterization domain for surfaces where geometry and appearance information are stored as tile textures. This representation is used by our ray casting rendering algorithm called projection mapping, which can be used for rendering geometry and appearance details of surfaces from arbitrary viewpoints. The projection mapping algorithm uses a fragment shader based on linear and binary searches of the relief mapping algorithm. Instead of traditionally rendering the surface, only front faces of our rendering primitive (our arbitrary cubic cell complex) are drawn, and geometry and appearance details of the surface are rendered back by using projection mapping. Alternatively, another method is proposed for mapping appearance information on complex surfaces using our arbitrary cubic cell complexes. In this case, instead of reconstructing the geometry as in projection mapping, the original mesh of a surface is directly passed to the rendering algorithm. This algorithm is applied in the texture mapping of cultural heritage sculptures.     

图形硬件加速的实时水面绘制

实时生成具有真实感效果的水面是计算机图形学中的研究热点和难点之一。文章介绍了一个利用可编程图形硬件来实现水面实时生成和绘制的系统,绘制过程主要分两个方面:水面的建模和水面光照效果的实现。通过基于空间域的快速傅立叶变换技术来实现水面的建模,通过凹凸纹理贴图和投影纹理技术来实现水面的反射、折射和菲涅耳等水面光照效果。绘制过程主要在图形处理器中实现,从而保证了算法的实时性。在现有的PC机和可编程图形硬件加速卡上能达到每秒30帧以上的绘制速度。     

面向虚拟环境的真实感漫游湖面建模算法

提出了一种面向虚拟漫游的太湖湖面建模算法。引入了Johanson投影网格法,避免了多分辨率LOD的龟裂问题,将视空间里生成的网格投影到世界空间中。为了提高渲染效率,避免对投影到世界空间中的每个湖面网格点进行噪声计算,采用了准均匀B样条曲面来构造湖水水面,将Perlin噪声施加于B样条曲面的特征控制点,间接地控制水面高度。依靠图形硬件的加速功能保证了B样条曲面的生成速度。实验表明,用该算法可以在普通PC平台上实时模拟漫游太湖的真实场景。     

高质量图像绘制的LDI改进算法

对于漫反射场景,LayeredDepthImage(LDI)能够产生很好的绘制效果,但对于高光的场景,它存在绘制图像失真的问题。文章提出一种能够有效地绘制漫反射和高光场景的LDI改进算法。该算法对LDI的每个深度像素增加一个方向向量,对位于同一深度的像素采用加权平均的方法生成新视点下的目标图像。同时采用将方向向量离散化的方法,有效地降低了存储量。实验表明,新算法在绘制速度和绘制质量方面都取得了比较理想的效果。     

虚拟手术中的模型实时绘制

实时的视觉反馈在虚拟手术中可以加强操作者的沉浸感。该文分析了体绘制和面绘制的优缺点,在系统实时性的要求下,实现了基于立体纹理映射的三维体模型的面绘制。算法在容许实时交互的同时,为操作者提供了真实感较强的视觉反馈。由于文中立体纹理生成及纹理坐标计算的特殊性,对虚拟手术中的拉压变形和切割等操作也能很好地处理。     

屏幕空间自适应的地形Tessellation绘制

为了在大规模真实感地形渲染中利用GPU硬件加速的Tessellation技术,在对地形Tessellation原理分析的基础上,提出一种屏幕空间自适应的地形Tessellation绘制算法,实现了在GPU内部对地形模型的三角形自适应细分。该算法采用Tile和Patch的形式对地形数据进行分层组织,在CPU和GPU上分别以Tile和Patch为基础实现地形LOD(level of detail)的自适应简化;提出在Hull Shader上基于Patch边界的细分系数计算模型,确保了Patch细分时的无缝连接;给出了Domain Shader上置换贴图的处理过程,以实现细分顶点的高程纹理映射;并且采用了两级视锥体裁剪机制,减少了渲染数据的冗余量。实验结果表明,该算法具有较好的屏幕空间自适应性和渲染性能,能够在输入粗糙网格的基础上,渲染输出高分辨率几何细节特征的地形模型。     

Visualizing nonmanifold and singular implicit surfaces with point clouds

We use octree spatial subdivision to generate point clouds on complex nonmanifold implicit surfaces in order to visualize them. The new spatial subdivision scheme only uses point sampling and an interval exclusion test. The algorithm includes a test for pruning the resulting plotting nodes so that only points in the closest nodes to the surface are used in rendering. This algorithm results in improved image quality compared to the naive use of intervals or affine arithmetic when rendering implicit surfaces, particularly in regions of high curvature. We discuss and compare CPU and GPU versions of the algorithm. We can now render nonmanifold features such as rays, ray-like tubes, cusps, ridges, thin sections that are at arbitrary angles to the octree node edges, and singular points located within plot nodes, all without artifacts. Our previous algorithm could not render these without severe aliasing. The algorithm can render the self-intersection curves of implicit surfaces by exploiting the fact that surfaces are singular where they self-intersect. It can also render the intersection curves of two implicit surfaces. We present new image space and object space algorithms for rendering these intersection curves as contours on one of the surfaces. These algorithms are better at rendering high curvature contours than our previous algorithms. To demonstrate the robustness of the node pruning algorithm we render a number of complex implicit surfaces such as high order polynomial surfaces and Gaussian curvature surfaces. We also compare the algorithm with ray casting interms of speed and image quality. For the surfaces presented here, the point clouds can be computed in seconds to minutes on atypical Intel based PC. Once this is done, the surfaces can be rendered at much higher frame rates to allow some degree of interactive visualization.