基于OPENGL的树木场景渲染分析与实现

研究了基于OPENGL的树木生成算法与树木场景渲染模式,针对自然界中的植被场景中植物的三维建模难以实现高效、快速、准确的实时渲染的难题,为改善树木形态结构建模与实时渲染的效果和速度,提出了一种面向GPU的针对叶簇的渲染架构,给出了树木建模与渲染的具体实现算法,并完成了三维替代物渲染技术,结合叶簇不同形态,采用基于几何模型的枝干渲染和基于2.5维替代物的叶簇渲染,较大地提升了视觉效果的真实性,使树木建模与实时渲染效率和准确性均得到明显提高。仿真结果表明,树木场景渲染实现模式能够较好的满足图像处理需求。     

LOD地形渲染算法

我们开发了一个基于分形和快速动态渲染的地形生成系统,使用了四种不同的渲染算法,并对这几种不同的地形渲染算法进行了比较实验。     

曲线笔触渲染的图像风格迁移

目的 针对GANILLA、Paint Transformer、StrokeNet等已有的风格迁移算法存在生成图像笔触丢失、线条灵活度低以及训练时间长等问题,提出一种基于曲线笔触渲染的图像风格迁移算法。方法 首先按照自定义的超像素数量将图像前景分割为小区域的子图像,保留更多图像细节,背景分割为较大区域的子图像,再对分割后的每个子区域选取控制点,采用Bezier方程对控制点进行多尺度笔触生成,最后采用风格迁移算法将渲染后的图像与风格图像进行风格迁移。结果 与AST （arbitrary style transfer）方法相比,本文方法在欺骗率指标上提升了0.13,测试者欺骗率提升了0.13。与Paint Transformer等基于笔触渲染的算法对比,本文能够在纹理丰富的前景区域生成细粒度笔触,在背景区域生成粗粒度笔触,保存更多的图像细节。结论 与GANILLA、AdaIN （adaptive instance normalization）等风格迁移算法相比,本文采用图像分割算法取点生成笔触参数,无需训练,不仅提高了算法效率,而且生成的多风格图像保留风格化图像的笔触绘制痕迹,图像色彩鲜明。     

基于分布式渲染架构的远程可视化研究

互联网带宽的增长催生了远程可视化,它有着更好的分享性、移动性和方便性.针对大规模数据的远程可视化问题,提出了一种基于Sort-Last的分布式渲染架构,给出了基于GPU的融合、抗锯齿等算法.该架构用于远程可视化的服务器端,包括渲染节点、融合节点和任务节点等3层结构,具有良好的可扩展性.基于此,实现了一个远程可视化系统Waterman,提供基于Internet的高精地形渲染和海洋排放口污水扩散可视化服务,并给出了详细的设计方法和技术细节,包括基于Raycasting的地形渲染算法、基于陆地掩蔽(mask)方法的海面渲染技术和基于图片、网格模型的客户端混合实现技术等.最后对该架构和系统进行了性能测试和分析.提出的方法实用、鲁棒、扩展性好,可为同类系统设计提供很好的参考.     

ROAM动态地形渲染算法研究

三维真实感地形的生成一直是计算机图形学领域中关注的焦点课题 ,而基于层次细节的实时优化自适应网格动态地形渲染算法凭借其诸多的优点在军事仿真、GIS系统、VR系统、数字地球以及视频游戏等各个领域得到了广泛的运用。目前三维地形渲染技术主要包括体素渲染和层次细节渲染 ,该文在比较了这两种渲染方法的优缺点后 ,论述了基于后者的实时优化自适应网格算法的优势所在 ,详尽地剖析了其算法思想 ,并给出了该算法的一个具体的实现。     

分布式虚拟集群渲染系统研究

针对三维动画领域的渲染瓶颈和分布式渲染的资源搜索问题,提出了一种基于双层体系结构的分布式虚拟集群渲染系统,并详细介绍了系统的各个功能模块.通过对渲染资源的统一描述,定义了虚拟集群渲染能力的计算方法,给出了分布式渲染资源的搜索算法,并验证了算法的有效性.     

渲染器与Web服务器耦合实现远程体 渲染的交互优化

目的 为使用户随时随地获得需要较大计算和存储资源的交互真实感体渲染服务,设计并实现了一种面向Web的远程真实感体渲染方法。方法 计算量较大的实时体渲染任务由远端渲染服务器中的GPU加速完成并通过WebSocket将渲染图像发送至客户端;客户端浏览器只需负责接收显示渲染图像并监听发送用户交互事件。提出了一种输出系统耦合算法用以连接输出图像速率较大的渲染服务器和发送图像速率较慢的Web服务器。算法能根据Web服务器发送图像的情况动态调整每次图像输出的迭代计算次数,改变渲染服务器输出图像的时间间隔以达到与Web服务器发送速度相平衡,同时保持渲染服务器持续工作。结果 实验比较了在不同网络传输条件下,采用输出系统耦合算法与直接连接渲染器和Web服务器,渲染4个不同数据集所需的完成时间及帧率等性能评价指标。在局域网和广域网环境下,本文方法分别最多只需17 s和14 s即可完成整个渲染过程,而采用直接连接渲染器和Web服务器的方法则分别至少需要31 s和60 s才能完成整个渲染过程。实验结果表明采用输出系统耦合算法在不同网络条件下均可较大地缩短整个渲染过程所需时间,使用户在较短时间内获得高质量渲染图像。结论 本文渲染器与Web服务器耦合实现远程体渲染交互优化的方法可让用户使用与计算能力无关的桌面或移动设备通过网络透明使用高性能渲染系统;系统采用的输出系统耦合算法能够根据网络承载能力自适应调整渲染器输出速度,使用户在不同的网络环境中均可以较快的速度获得高质量渲染图像。     

树木的建模与实时渲染技术

详细论述了树木生成以及渲染的实现过程.描述了一个使用随机L-系统的树木建模方法,以及几何绘制和替代物渲染相结合的树木渲染方法,并讨论了树木阴影的生成.最后,使用VC++和OpenGL设计了一个树木的生成器和一个树木的渲染器,实现了树木的建模与渲染.程序的运行结果表明,该方法能够取得较好的渲染效率和不错的视觉效果.     

视频图像在三维模型中的渲染

视频监控是大型安防工作中最重要的一个环节,传统的视频监控系统展示给用户的只是独立的二维平面图像,图像脱离环境,整体性不足,为了解决该问题,提出了将视频图像渲染显示于三维模型的思路.研究了纹理映射技术并结合视频图像渲染的特殊性分析研究了Z缓冲算法、Shadow map算法,根据实际应用提出Extend Shadow map算法以实现将视频图像与三维场景无缝贴合.实验结果表明,视频图像渲染显示于三维模型中所体现的优越性.     

基于材质的实时渲染场景组织技术

为了提高图形渲染程序的性能,根据统一脚本核心硬件的特征,提出一种在材质空间进行二次排序的场景组织算法.首先在硬件抽象层扩展了材质的定义;然后根据扩展的材质定义重新组织场景中的对象,再在材质空间中对物体进行二次排序;最后把排序好的对象发送给图形渲染线进行渲染输出.该算法在不改变图像渲染质量的前提下,可以极大地加快图像的渲染速度.实验结果表明,文中算法可较大地提高图形渲染程序的性能.     

三维实时云建模与渲染在工业仿真中的应用

在云建模方面,提出一种基于物理仿真和艺术可控性相结合的方法,利用Navier-Stokes流体动力学公式描述单一云朵的聚散和运动,通过盒子的堆积来描述云朵的初始轮廓,最终在盒子内部按流体动力学规律填充粒子生成三维云模型.为了满足实时性要求,在可编程图形芯片上求解Navier-Stokes等式,以便利用图形芯片的并行处理能力加快求解速度.在云的实时渲染方面,基于太阳光照方向和天气状况提出了一种简单的光照模型,大幅度地提高了云的渲染速度.此外,还提出一种改进的环状Impostor技术来提高大范围云层的渲染速度,并通过Shader编程的方法解决了应用Impostor技术到Alpha融合场景中所出现的问题.基于所描述的理论模型,利用三维图形API开发了一套三维云仿真系统,并广泛应用于各种工业仿真和科技娱乐展示项目中,取得了较好的效果.利用该方法生成的云模型具有真实感强、渲染速度快等特点.     

基于动态Impostor技术的树木快速绘制方法

树木快速绘制技术研究一直以来都是计算机图形绘制的一个热点领域,因为树木复杂的细节结构使其在绘制上存在着相当大的困难.提出了一种基于动态impostor技术的树木绘制方法,不仅可以快速地绘制树木,而且具有较高的真实感效果.该方法首先基于树木模型进行平面投影去创建impostor平面,然后将纹理映射到已经创建好的impostor平面上,最后通过绘制impostor纹理平面形成树木图像.当参考视点移动时,可以根据误差来决定是否动态更新impostor平面的内容.     

边界光场

提出一种新的基于图像的绘制方法——边界光场．该方法基于3D全光函数的思想，并使之与场景几何相结合．该方法克服了已有的IBR漫游系统的一些缺陷，利用自适应的的全光采样模式，根据场景复杂度或用户要求组织采样数据，降低了场景数据量；由于场景几何的参与，纠正了较大的深度变形；新的采样数据组织模式去除了对漫游范围的限制．文中方法可有效地应用于虚拟或真实场景漫游系统中．     

Efficient rendering of animated characters through optimized per‐joint impostors

In this paper, we present a new impostor‐based representation for 3D animated characters supporting real‐time rendering of thousands of agents. We maximize rendering performance by using a collection of pre‐computed impostors sampled from a discrete set of view directions. Our approach differs from previous work on view‐dependent impostors in that we use per‐joint rather than per‐character impostors. Our characters are animated by applying the joint rotations directly to the impostors, instead of choosing a single impostor for the whole character from a set of pre‐defined poses. This offers more flexibility in terms of animation clips, as our representation supports any arbitrary pose, and thus, the agent behavior is not constrained to a small collection of pre‐defined clips. Because our impostors are intended to be valid for any pose, a key issue is to define a proper boundary for each impostor to minimize image artifacts while animating the agents. We pose this problem as a variational optimization problem and provide an efficient algorithm for computing a discrete solution as a pre‐process. To the best of our knowledge, this is the first time a crowd rendering algorithm encompassing image‐based performance, small graphics processing unit footprint, and animation independence is proposed. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Hybrid Geometric — Image Based Rendering

We present a Hybrid Geometric‐Image Based Rendering (HGIBR) system for displaying very complex geometrical models at interactive frame rates. Our approach replaces distant geometry with a combination of image‐based representations and geometry, while rendering nearby objects from geometry. Reference images are computed on demand, which means that no pre‐processing, or additional storage are necessary. We present results for a massive model of a whole offshore gas platform, to demonstrate that interactive frame rates can be maintained using the HGIBR approach. Our implementation runs on a pair of PCs, using commodity graphics hardware for fast 3D warping.     

Spatially varying image based lighting using HDR-video

Illumination is one of the key components in the creation of realistic renderings of scenes containing virtual objects. In this paper, we present a set of novel algorithms and data structures for visualization, processing and rendering with real world lighting conditions captured using High Dynamic Range (HDR) video. The presented algorithms enable rapid construction of general and editable representations of the lighting environment, as well as extraction and fitting of sampled reflectance to parametric BRDF models. For efficient representation and rendering of the sampled lighting environment function, we consider an adaptive (2D/4D) data structure for storage of light field data on proxy geometry describing the scene. To demonstrate the usefulness of the algorithms, they are presented in the context of a fully integrated framework for spatially varying image based lighting. We show reconstructions of example scenes and resulting production quality renderings of virtual furniture with spatially varying real world illumination including occlusions.     

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．     

大规模外存场景的交互绘制

在场景分割的基础上,提出一种连续分层层次细节模型组织场景,并对视点空间进行划分,为每个视点单元计算恰好满足单元内任意视点屏幕像素误差的场景图节点列表,称为cell-front;然后利用cell-front对外存模型的存储进行重新设计.在绘制时采用多线程技术,绘制线程对当前cell-front进行可见性剔除和视点相关的选择绘制;预取线程采用一种基于视点单元的预取策略,利用视点单元之间cell-front的变化控制预取数据的调度.该算法能够在保证场景绘制质量的前提下,在普通的PC机上实现大规模外存场景的实时交互显示.     

基于图象的室内虚拟漫游系统

基于图象的绘制（Image Based Rendering)作为一种全新的图形绘制方式,以其相对于传统几何绘制而言,具有高效实用的优点,近年来得到了研究人员越来越多的关注,但IBR技术仍存在一些主要难点,如图象的无缝拼接和实时漫游。针对此问题,开发了一个基于部分球面模型的室内虚拟漫游系统。该系统采用自动匹配和人机交互相结合的方法,可以无缝地将多幅照片拼接成一张全景图,同时采用一种改进的基于查找表的算法,实现了固定视点的实时漫游。     

基于时空连贯性和几何简化技术的复杂场景快速消隐绘制算法

提出了一个结合层次遮挡图像缓存的快速消隐绘制算法,本算法首先利用空间连贯性对场景实行快速保守的消隐,对可能可见的近景、中景使用几何绘制,对可能可见的远景实现了基于图像和几何混合的加速绘制,实验表明,由于充分利用了空间连贯性和图像简化技术,本算法效果良好,可适合各种复杂度场景的快速绘制。