一种基于OGRE图形引擎的实时分布式渲染系统

虚拟现实的实时交互得到了越来越广泛地应用,实时分布式渲染有效地解决了普通PC机渲染的时间瓶颈问题,提高了系统实时渲染性能和输出分辨率。在对分布式渲染原理研究分析的基础上,依据设计模式的思想,设计了一种基于Sort-First结构的实时分布式渲染框架和同步机制,并在实践中应用OGRE图形引擎实现了该系统。     

分布式多交互虚拟场景渲染的协同控制

针对分布式多交互虚拟现实系统场景渲染的协同控制问题,构建了基于分布式开放灵活的多交互虚拟现实系统结构,将协同交互技术集成到虚拟现实系统设计中,设计包含控制平台、网络服务平台和渲染平台的系统架构,提出了一种基于OGRE的分布式多交互实时协同渲染方法。完成了单个控制节点对应多个渲染节点时,多个渲染节点渲染场景的实时同步,以及多个控制节点在同一场景中的协同、交互。此研究成果应用于河北大学虚拟漫游交互控制平台,具有广阔应用的前景。     

实时数字浮雕建模

针对现有的数字浮雕生成方法速度较慢且浮雕细节不够丰富的缺点,提出了新的高细节实时可交互地生成数字浮雕的方法.首先提出了一种高细节动态范围压缩函数,并在理论上证明了它比目前的压缩函数能更好地保持细节;然后基于该函数建立了一个实时数字浮雕建模系统,其将建模、交互和渲染流程放到GPU上实现,并利用多目标渲染提高帧缓存的利用率,获得了实时建模速度.系统中还设计了一个交互控制界面,使用户能实时地调整刻画浮雕的各种参数.实验结果证明,该方法能快速、便捷地制作出比现有方法具有更高细节特征的数字浮雕.     

协同系统中三维图形渲染的分布式架构

在三维协同系统中,三维图形的渲染效率和传输速度影响到了系统的整体效率。本文采用分布式架构保证三维图形在协同系统中的渲染和传输效率。把渲染好的三维图形以拍照的形式生成图片在网络中传输,打破了传统三维图形渲染对浏览器的限制以及对移动终端消耗巨大资源的局限。服务器端通过建立多线程TCP通信,既保证了用户交互操作的可靠性,同时又避免了多个用户同时操作三维图形时出现的操作二义性。最终实现用户与三维图形的实时交互,从而提高用户体验。      

分布式实时渲染中帧同步的实现

分布式实时渲染系统有效地解决了单机渲染的时间瓶颈问题。但在该系统中,由于每一帧图像在各个部分的场景复杂度不一样,这样就造成了渲染端节点负载不平衡,这将导致各输出端节点显示的图像不能组成一幅连贯的图像。为了解决该问题,本文提出了在分布式实时渲染系统中,通过控制端节点发送命令通知渲染端节点切换缓冲,然后渲染端节点发送请求要求控制端节点发送数据的方法来实现分布式渲染的帧同步。     

基于协同虚拟环境的装配设计系统

针对分布式环境中复杂产品协同开发的装配设计需求,研究基于协同虚拟环境的装配设计系统的体系结构和关键技术,提出分布式条件下支持多用户实时交互操作的协同虚拟装配方法,包括复杂场景高分辨率实时渲染和多通道沉浸输出方案。以此为基础开发分布式协同虚拟装配环境,并通过面向汽车整车的多用户协同虚拟装配实例验证了系统的有效性。结果证明,用户可在该系统中完成复杂产品的协同虚拟装配设计工作。     

基于粒子系统的书法书写仿真系统

水墨风格渲染是非真实感渲染的一个研究分支.利用CPU、GPU配合实现的粒子系统,结合纹理融合技术来实现书法书写字迹仿真.利用鼠标实现用户交互,鼠标按键、位移方向和位移速度控制墨滴的走向,实现了书法书写的仿真.系统采用实时渲染方式,用户可根据需要对场景和系统进行配置并实时调整视角和缩放.实验表明运算速度能够满足交互系统的实时性需求.     

基于OGRE引擎的虚拟场景浏览

虚拟现实技术的虚拟交互性得到了越来越广泛地应用,虚拟场景浏览技术有效地解决了现实世界的时空局限等瓶颈问题.在对虚拟现实(3I)原理研究分析的基础上,依据插件设计的思想,设计了一种基于OGRE引擎的虚拟场景浏览框架,框架明确的包含两个端:渲染端和控制端.渲染端封装了OGRE渲染引擎,实现了快速实时的渲染;控制端,通过建立虚拟漫游交互机制来完成虚拟场景与外设的实时控制.基于OGRE八叉树的场景管理、射线查询算法、寻路算法、物体的拣取、RTT等技术的运用实现了用户与虚拟环境的交互系统,用户操作信号输入到计算机中并作用于虚拟环境,创建实时渲染处理结构,实现人与虚拟环境的实时快速的交互;基于OpenAL,OggSound的音效系统,克服了用户在场景浏览时的单调与乏味,更具真实感,丰富了场景浏览的真实性.在实践中应用OGRE图形引擎、CEGUI界面库、OpenAL,OggSound声音库实现了该系统.     

一种场景内容分布的交互式渲染系统

近年来,三维虚拟场景的规模和复杂程度不断提高,受到硬件的限制,一些应用 中的超大规模场景(如建筑群,城市等)很难在单机上进行渲染或满足可交互的需求。针对该问 题,提出了一种分布式渲染框架,将大规模场景在内容上进行划分,得到单一节点可渲染的子 场景。这些子场景被分布到集群中不同的渲染节点进行处理,其渲染结果根据深度信息进行合 成得到整个场景的最终渲染结果。为了降低交互响应时间,需对子场景的渲染结果进行压缩传 输。实验充分验证了提出的分布式渲染系统能够高效处理超大规模场景的渲染和交互,并且具 有良好的可扩展性,能够满足很多领域中对大规模场景交互式渲染的需求。     

基于OSG的分布式渲染系统的设计与实现

大规模场景模型包含大量的几何、纹理数据,而普通PC的处理能力有限,因此在其上实现实时渲染有较大难度.本文采用C/S系统结构,运用sort-last分布渲染模式,使用开源高性能三维图形渲染工具包OSG,设计并实现了基于OSG的分布式渲染系统.实验结果表明,针对大规模场景模型的渲染,本系统在性价比方面有较强的实际应用价值.     

实时操作系统任务调度策略的研究与设计

实时操作系统的调度策略是影响系统实时性和稳定性的一个重要因素,通过对抢占调度和分时调度的研究,设计了一个可分级抢占和分时调度的实时操作系统。用抢占调度方式来保证系统的实时性,用分时调度来减少进程饥饿现象的发生,提高系统的稳定性,更易于使用。     

虚拟选煤厂三维模型系统的实时性优化

虚拟现实模型系统的优化对于提高运行系统的实时性,保证虚拟现实系统的沉浸、交互等特性具有重要作用.结合虚拟选煤厂三维模型系统的优化,分析和探讨了虚拟现实模型系统实时性优化的几项关键技术,包括优化三维模型结构,节省模型系统的多边形开销,使系统中总多边形数不超过硬件的处理能力;优化纹理数据,在保证必要的纹理细节的前提下,有效节约纹理内存;优化模型数据库和LOD层次结构,改善运行系统的数据筛选性能,提高绘制速度.模型系统优化后系统的剔除和绘制时间曲线表明,优化后系统运行的实时性得到了有效提高.     

Adaptive mesh subdivision for efficient light baking

Light baking has long been a popular technique for real-time rendering. It usually precomputes and bakes the global lighting effects as vertex attributes or textures. Vertex baking requires less memory but can cause artifacts for large triangles. Texture baking can avoid this and generate a high-quality visual effect in real-time rendering. However, it requires significant memory consumption, which may limit the real-time performance and usage. To address this problem, we propose an adaptive mesh subdivision algorithm for memory-efficient light baking, including a fast triangle subdivision level determination method and an optimized solution to calculate vertex colors. Only the subdivided mesh is required during the real-time rendering. Therefore, memory requirements can be significantly reduced while keeping the visual effect. Besides, the subdivision level is allowed to be intuitively controlled by users with a specified parameter. Our algorithm can be easily implemented on commodity graphics hardware and integrated in existing real-time applications such as online preview systems.     

Fast rendering of massive textured terrain data

This paper proposes a framework based on tile-pyramid model and linear quadtree tile-index, which enables the real-time rendering of out-of-core terrain data sets while guaranteeing geometric and texture accuracy. The Digital Elevation Model pyramid and the orthophoto pyramid are created in advance and the quadtree is used for constructing tile-index and managing data tiles. To achieve real-time loading of terrain dataset, the view frustum culling technology and the target-tiles searching algorithm based on resolution-testing and the tile-request prediction mechanism are used. While rendering the terrain tiles, the dynamic bintree triangulation is used. Experimental results show that based on the current personal computer, this framework can achieve good performance for real-time rendering of massive terrain dataset whose size is unlimited.     

海量地形数据实时可视化算法

针对海量地形数据实时可视化问题，提出了一种瓦片金字塔模型和线性四叉树索引相结合的地形数据管理模式．利用视景体裁剪和基于分辨率测试的目标瓦片快速搜索算法实现了地形数据的实时装载，采用基于动态二叉树构网的方法实现了地形数据的实时绘制．实验表明，文中方法能够实现基于当前PC机的真实感海量地形数据实时显示与交互操作．     

dPVS: an occlusion culling system for massive dynamic environments

A platform-independent occlusion culling library for dynamic environments, dPVS, can benefit such applications as CAD and modeling tools, time-varying simulations, and computer games. Visibility optimization is currently the most effective technique for improving rendering performance in complex 3D environments. The primary reason for this is that during each frame the pixel processing subsystem needs to determine the visibility of each pixel individually. Currently, rendering performance in larger scenes is input sensitive, and most of the processing time is wasted on rendering geometry not visible in the final image. Here we concentrate on real-time visualization using mainstream graphics hardware that has a z-buffer as a de facto standard for hidden surface removal. In an ideal system only the complexity of the geometry actually visible on the screen would significantly impact rendering time - 3D application performance should be output sensitive.     

嵌入式实时操作系统的分析评测方法

使用WCET(Worst-case execution time)分析工具Bound-T,分析典型实时操作系统(RTMES和uClinux)的关键模块代码,在系统运行在硬件上之前分析其机器码,给出整体系统的最坏执行时间.在系统的WCET达到要求之后,再通过实验使用benchmark,评测操作系统的典型实时性能指标,给出两个嵌入式实时操作系统的实时性能对比,并分析RTEMS(Real Time Executive for Multiprocessor Systems)的优势所在.     

Occlusion culling and z-fail for soft shadow volume algorithms

This paper presents a significant improvement of our previously proposed soft shadow volume algorithm for simulating soft shadows. By restructuring the algorithm, we can considerably simplify the computations, introduce efficient occlusion culling with speedups of 3–4 times, thus approaching real-time performance. We can also generalize the algorithm to produce correct shadows even when the eye is inside a shadowed region (using z-fail). We present and evaluate a three pass implementation of the restructured algorithm for near real-time rendering of soft shadows on a computer with a commodity graphics accelerator. However, preferably the rendering of the wedges should be implemented in hardware, and for this we suggest and evaluate a single pass algorithm.     

基于GPU编程的地形可视化

由于地形模型固有的复杂性,致使计算机硬件水平一直难以满足大规模地形模型的实时显示需求。为了在现有的硬件水平上实现地形模型的快速绘制,在对传统的ROAM算法进行改进的基础上,提出一种基于GPU编程的地形可视化算法,实现了视点依赖的大规模地形的快速可视化。该算法首先基于改进的ROAM(real-time optimallyadaptive meshes)算法生成视点依赖的优化连续LOD模型;然后用GPU编程计算顶点的变换、法向量、纹理坐标、纹理采样和面元光照;最后完成地形的着色。实验结果表明,利用GPU编程不仅能有效提高算法速度,而且能实现较大规模地形的实时漫游。