GPU实时构建四叉树的快速地形渲染算法

针对传统四叉树场景渲染CPU占用率高、带宽开销大的缺陷,提出一种适合于GPU实现的四叉树场景分割和渲染算法.利用纹理和像素着色器实时构建四叉树,使用几何着色器实现GPU对四叉树的遍历和场景分割;针对已有的动态构建算法中裂缝消除算法难以用GPU实现的缺点,通过在四叉树构建中引入"过渡集"的概念,有效地消除了不同分辨率层次之间可能出现的裂缝.实验结果证明,与传统的动态构建算法相比,文中算法易于GPU实现,无需CPU干预,并降低了带宽开销,可以达到较高的帧速率.     

基于综合LOD因子的自适应GPU地形渲染

根据四叉树的地形分块数据组织形式,提出一种面向图形处理器(GPU)的自适应地形渲染算法。将综合细节层次因子作为地形块节点评价函数,对静态地形块误差、动态视点依赖误差和视点移动速度进行量化,在顶点着色器上实现高程值的平滑过渡,消除突跃现象,并通过添加“裙”遮盖裂缝。实验结果表明,该算法的地形自适应性较好,具有较高的帧率和GPU利用率。     

基于GPU的动态地形实时绘制技术的研究与实现

为了有效解决高逼真动态地形的实时绘制问题,提出了一种基于现代可编程GPU顶点纹理获取(vertex texture fetch,VTF)特性的动态地形实时绘制技术.在研究相关动态地形绘制算法及现代GPU着色器模型的基础上,对基于可编程GPU实现动态地形的技术支持和性能优势进行了分析.最后,以人在松软的地面行走为实例,设计并实现了一个基于GPU顶点纹理获取的动态地形绘制系统.实验结果表明了该技术方案的可行性和有效性.     

基于光线投射的全GPU实现的地形渲染算法

地形渲染算法需要处理大量的地形及纹理数据,影响三维动画显示的流畅性和性能提高。随着GPU绘制能力提高,CPU与GPU的负载失衡逐渐成为制约性能提高的瓶颈。结合现代GPU体系结构,在GPU上实现了基于光线投射（Ray Casting）的地形渲染算法。算法简化了Ray Casting算法,把LOD策略和预裁剪统一到GPU中实现,保证了CPU和GPU之间的负载平衡,同时简化了应用程序的编制。为获得较好效果,还采用查找表（Lookup—Table）的实时纹理合成算法合成纹理,进一步降低了CPU处理纹理数据的开销。实验表明,本文算法不仅充分利用了GPU的处理能力,还降低了CPU负载,提高了动态三维重建的帧刷新率,并获得较逼真的渲染效果。     

利用GPU进行实时大规模3D地形渲染的方法研究

提出了通过GPU渲染地形的一种简易方法,首要的任务就是将高度场的查询及批LOD处理也从CPU移至GPU。顶点位置可结合层级索引模板由顶点着色器计算给出,然后,对地形顶点采用适当的图元进行索引,调用一次API就可绘制所有的三角形。最后,添加额外的“裙摆顶点”来填补由批LOD算法造成的裂缝。该算法不必每帧都更新顶点缓冲,从而大大减少了系统内存和CPU的开销。     

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.     

在GPU上实现地形渲染的自适应算法

为了满足飞行状态实时监控系统对地形渲染快速逼真的要求,提出一种基于GPU的交互式地形自适应渲染算法.该算法中每帧渲染包含2遍GPU处理过程:第1遍采用流计算的方式,利用固定网格映射方法生成粗糙地形采样网格,在此基础上,根据地形表面复杂度计算粗糙采样网格中每个三角形的细化深度;第2遍进行地形的渲染,根据第1遍计算出来的每个面片的细化等级,选择初始化阶段预存储在GPU缓存中的不同细化等级的网格模板,对粗糙采样网格进行自适应细分,为了消除T型连接的问题,在顶点着色器中包含了一个网格模板的匹配处理过程.最后采用高程数据配合卫星照片的方式,生成具有高度仿真的三维虚拟地貌.基于文中算法实现的实时监控系统在支线飞机的飞行试验中取得了较好的效果.     

基于GPU的地震剖面图形快速绘制算法

地震剖面图的绘制是二维地震数据可视化的基础。目前基于通用绘制引擎的地震剖面图绘制是在CPU上实现的,随着地震数据规模越来越大,传统绘制方法的绘制效率已经不能达到交互效率的要求,因此提出了一种地震剖面图快速绘制算法。该算法将地震数据的绘制和GPGPU技术相结合,利用GPU强大的并行计算能力实现图形光栅化处理。实验表明,在保证绘制效果的前提下,该方法极大地提高了绘制效率。     

深度剥离与GPU结合的近似软影算法

针对基于阴影图算法扩展的一些近似软影算法中存在的只考虑外半影区而导致的本影区过多估计的问题,提出了一种深度剥离与GPU结合的近似软影实时绘制算法。算法利用GPU的几何着色器来提取场景物体的轮廓边并生成内半影和外半影图元,进而得到整个内外半影颜色图和深度图,最终阴影绘制的时候通过参考阴影图和内外半影图来确定每个可见像素的明暗值,从而得到比以往算法较真实的绘制效果,算法完全在GPU中实现。实验结果表明,对相对不复杂的场景,该算法可以生成较真实的软影效果,且绘制帧率完全达到实时。     

基于二叉树和GPU的无缝地形场景渲染方法

设计了一种基于图形处理器(GPU)的无缝地形渲染方法。该方法基于二叉树构建多层次地形网格,该网格用基于行、列号的地形模板表示。在设计过程中,将高程数据转化为适于GPU读取的高程纹理图,再通过顶点纹理提取(VTF)技术从纹理图中采样出高程值用于渲染,整个过程在GPU端完成,提升了地形数据访问效率。同时,采用实时优化自适应网格(ROAM)算法的强制拆分法,通过控制相邻地形块的等级来消除裂缝。最后,采用TriangleStrip方式进行渲染,避免了相邻三角形中顶点坐标数据的重复传递,减少了传递到GPU的数据量。用两块地形数据对算法渲染效率进行了检验,并将算法与Clipmap算法进行了帧率对比。结果表明,该算法有效解决了分块数据的裂缝问题,达到了交互式地形渲染的要求。     

A GPU persistent grid mapping for terrain rendering

In this paper we present persistent grid mapping (PGM), a novel framework for interactive view-dependent terrain rendering. Our algorithm is geared toward high utilization of modern GPUs, and takes advantage of ray tracing and mesh rendering. The algorithm maintains multiple levels of the elevation and color maps to achieve a faithful sampling of the viewed region. The rendered mesh ensures the absence of cracks and degenerate triangles that may cause the appearance of visual artifacts. In addition, an external texture memory support is provided to enable the rendering of terrains that exceed the size of texture memory. Our experimental results show that the PGM algorithm provides high quality images at steady frame rates. Electronic supplementary material Supplementary material is available in the online version of this article at and is accessible for authorized users.     

Multi-resolution terrain rendering with GPU tessellation

GPU tessellation is very efficient and is reshaping the terrain-rendering paradigm. We present a novel terrain-rendering algorithm based on GPU tessellation. The planar domain of the terrain is partitioned into a set of tiles, and a coarse-grained quadtree is constructed for each tile using a screen-space error metric. Then, each node of the quadtree is input to the GPU pipeline together with its own tessellation factors. The nodes are tessellated and the vertices of the tessellated mesh are displaced by filtering the displacement maps. The multi-resolution scheme is designed to optimize the use of GPU tessellation. Further, it accepts not only height maps but also geometry images, which displace more vertices toward the higher curvature feature parts of the terrain surface such that the surface detail can be well reconstructed with a small number of vertices. The efficiency of the proposed method is proven through experiments on large terrain models. When the screen-space error threshold is set to a pixel, a terrain surface tessellated into 8.5 M triangles is rendered at 110 fps on commodity PCs.     

基于曲线拟合函数和GPU的地形无缝渲染

针对大规模地形实时渲染时不同层次细节过渡产生的画面不连续性问题,以及计算机实时调度大量数据而造成帧速较低的问题,提出了一种基于曲线拟合函数和GPU加速的地形实时绘制方法。根据采样数据点采用最小二乘法构造曲线拟合函数,通过曲线函数控制不同层次网格顶点的布局,从而消除因层次细节变化产生的裂缝。同时根据分辨率不同构建金字塔模型,针对不同层次细节区域数据进行有损或无损压缩,依据视点运动预测实时解压相应数据。实验表明,该方法在地形实时渲染阶段,在保证了较高帧速率的同时,利用视点运动预测保证了帧速率变化小,有效的消除了裂缝,增强了画面效果。     

A GPU Tile-Load-Map architecture for terrain rendering: theory and applications

This paper describes a robust, modular, complete GPU architecture—the Tile-Load-Map (TLM)—designed for the real-time visualization of wide textured terrains created with arbitrary meshes. It extends and completes our previous succinct paper Amara et al. (ISVC 2007, Part 1, Lecture Notes in Computer Science, vol. 4841, pp. 586–597, Springer, Berlin, 2007) by giving further technical and implementation details. It provides new solutions to problems that had been left unresolved, in the context of a joint use of OpenGL and CUDA, optimized on the G80 graphics chip. We explain the crucial components of the shaders, and emphasize the progress we have proposed, while resolving some difficulties. We show that this texturing architecture is well suited to current challenges, and takes into account most of the distinctive aspects of terrain rendering. Finally, we demonstrate how the design of the TLM facilitates the integration of geomatic input-data into procedural selection/rendering tasks on the GPU, and immediate applications to amplification. Electronic Supplementary Material  The online version of this article () contains supplementary material, which is available to authorized users.

A novel terrain rendering algorithm based on quasi Delaunay triangulation

Terrain rendering has long been an interesting research topic, and Delaunay triangulation has been one of the methods frequently employed. The problem of smooth morphing between successive Delaunay meshes in a dynamic setting does not have a satisfactory solution however. In this paper, we address this issue by temporarily relieving the mesh from the strict constraints of Delaunay triangulation (DT). The proposed algorithm uses an off-line process to compute a relative importance for each sampling point in a Digital Elevation Model (DEM). It then constructs a mesh model in real-time from a set of points selected according to their viewpoint distances and relative importances. The mesh model is initialized to be a genuine DT. As the viewpoint moves, some points are added, and some are removed. We use simple methods for point insertion and removal that allow smooth morphing between successive frames. While the simple methods do not ensure Delaunay properties, we eliminate the slivery triangles gradually by collecting and flipping illegal edges incident to them. Point insertions, removals, edge flips, and their animations are organized by queueing and carried out over time. In this way, we amortize the burst computations to successive frames, so that a balanced workload and a high frame rate are achieved. The proposed algorithm produces a concise and well-composed mesh adaptive to both viewpoint and the terrain’s local geometry, and, most importantly, it supports smooth morphing.     

基于GPU的实时素描风格渲染算法

为了更好地模拟素描画中线条的轻重变化和明暗变化,提出了一种改进的素描风格渲染算法。将渲染过程分为轮廓线绘制、纹理绘制和色调调整三个部分;在轮廓线染绘制过程中采用多重采样来辨识轮廓线,利用卡方分布和紊乱场来模拟生成素描化线条绘制;在纹理渲染绘制中,利用模型的切线和副法线生成多个方向场,通过对白噪声纹理的线性卷积( LIC)生成素描化纹理;通过牛顿插值法重新计算了输出曲线解决多重渲染混合后绘制效果偏灰问题。实验结果显示改进后素描风格渲染算法具有更高的渲染效率和更好的渲染效果。算法能够较好地实现素描风格的渲染效果,并可广泛适用于影视游戏开发中。     

一种视点相关的大规模地形快速实时生成算法

为了解决大规模地形实时漫游过程中,由于不同细节层次模型之间过渡而引起的图像跳变以及图像绘制帧率不高的问题,提出了自底向上的一次性整体构网,网格节点实时更新的建模策略。运用基于块和三角形面片的混合裁剪模式 ,结合简化的高度差投影计算方法,快速选取适合的地形节点 ;然后采用加点、删点、局部更新三种途径对 Delaunay地形三角网进行实时更新。同时在地形漫游过程中实现了对高度差投影限的自适应控制。仿真实验表明,该算法有效地避免了图像跳变现象,与同类算法相比 ,具有较高的图像绘制帧率,特别适合大规模地形的近距离