基于GPU Raycasting算法的矢量/栅格混合绘制研究*

Raycasting体绘制算法由于成像质量高而被广泛应用于体数据的可视化,但当线、面表达的矢量数据和三维栅格表达的体数据同时绘制到同一场景时,由于绘制方法的差异会造成矢量和栅格数据空间遮挡关系不一致。在GPU实现Raycasting算法的基础上,通过矢量和栅格数据先后绘制,采用FBO离屏绘制等技术将矢量数据绘制到深度缓存纹理并在体绘制采样和融合中统一考虑矢栅颜色融合。实验结果表明,该算法在矢量数据非透明模式下能正确处理矢量栅格数据的混合绘制。     

基于GPU的烟雾数据体面混合绘制技术研究

研究烟雾等大规模体数据在虚拟场景中实时可视化的技术是一种新的体面混合绘制技术,在灾害现象仿真中有着重要的应用。在处理体面混合绘制时,已有的绘制算法难以实时地处理体数据的遮挡和裁剪,并在内窥绘制中出现片元空洞。针对以上问题,提出一种基于GPU的体面混合绘制算法,将体数据视为参与介质,同时将面绘制的结果作为体绘制的积分域约束条件,从而把面绘制中的裁减算法推广到体数据的绘制中,实现了体面混合绘制的无缝融合。仿真结果表明算法能够实时地绘制虚拟场景中的大规模体数据,并且能够处理复杂的内窥效果。     

基于GPU和均匀栅格法的光线追踪算法研究

由于GPU(图形处理器)性能的大幅提高和可编程性的发展,基于GPU的光线追踪算法逐渐成为研究热点。光线追踪算法需要的计算量大,基于此,分析了光线追踪算法的基本原理,在NVIDIA公司的CUDA(计算统一设备体系结构)环境下采用均匀栅格法作为加速结构实现了光线追踪算法。实验结果表明,该计算模式相对于传统基于CPU的光线追踪算法具有更快的整体运算速度,GPU适合处理高密度数据计算。     

基于GPU的大规模地形数据绘制算法

针对大规模地形数据绘制中,对绘制过程快速、生成图像清晰准确的要求,从地形数据的组织、实时绘制时LOD选取标准、层次过渡优化、视锥体裁减等地形可视化的几个关键技术层面着手,提出合理的解决方案。生成的结果表明,该方法能够充分利用GPU进行绘制,可以适用于大规模地形数据绘制。     

基于GPU的交互式动态折射绘制算法

提出一种完全基于GPU的更准确的折射绘制算法.该算法不需要任何预计算,可直接绘制基于网格表示的复杂物体,能交互式地绘制动态可变形物体的多次折射和全反射现象;通过在正投影空间上进行光线与物体的求交运算来跟踪光线穿过物体的准确路径（包括折射及全反射路径）,可以生成真实感很强的折射及全反射图像.最后通过在光线传播路径上使用体绘制中的散射和吸收模型来模拟半透明物体的真实感绘制.     

基于栅格法的矢量路径规划算法

最短路径分析是网络分析系统的最基本的功能之一,在地理信息系统(GIS)中有着重要应用。将栅格法应用于矢量图层中进行节点的预处理,提出并建立一个存储点的拓扑空间模型,在此空间模型的基础上对Dijkstra算法进行改进和优化,利用在处理一个点的同时预处理与它相邻的节点的方法,从时间和空间上提高了该算法的效率。实验结果表明,改进算法搜索速度快、占用空间小,该算法可用于小容量终端机上。     

基于GPU的风暴数据场多维纹理混合绘制

在气象领域,三维风暴数据场可视化是风暴监测及灾害预测的重要技术手段之一。可视化效率及质量直接影响到风暴体分析研究的准确性和时效性。针对传统的二维、三维纹理映射体绘制方法进行了研究,提出了一种基于GPU的风暴数据场多维纹理混合绘制技术。该方法采用了三维纹理存储风暴数据场并结合代理几何体动态生成方法,克服了传统方法中纹理数据冗余的问题,并保证了模型的三维交互流畅性。该方法中提出的纹理映射光滑重采样策略,显著提高了风暴体模型显示效果,并在一定程度上避免了CPU-GPU通信瓶颈。     

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。     

GPU单散射并行绘制算法

为了加快介质单散射绘制的速度,提出一种基于GPU的介质单散射并行绘制算法.首先利用光线与场景的交点链表以及光线与介质包围盒的交点计算光线在介质空间中的传播路径;然后进行Ray Marching计算介质单散射光照,使得绘制过程高度并行化.在此基础上,提出图像空间的插值加速算法,利用单散射只与Ray Marching的深度、采样点到光源的距离以及局部介质属性有关的特点,通过定义适当的插值函数在网像空间对像素进行插值,减少Ray Marching的次数,节省绘制时间开销.实验结果表明,文中算法可达到可交互的绘制效率,且不需要预计算,并支持用户在绘制过程中实时修改光照和介质属性,包括各向异性的均匀和非均匀介质.     

基于GPU加速的3D矢量场改进VolumeLIC绘制技术

纹理绘制技术通过纹理线条和颜色变化能够细致且生动地表现2D矢量场的速度、方向以及数据相关性等特征信息,但扩展到3D矢量场空间时,由于3D矢量场本身的空间特性容易造成纹理单元之间产生严重的视线遮挡问题,影响研究人员对矢量场内部固有属性特征的观察和分析.针对此问题,提出一种基于GPU加速实现的稀疏噪声纹理生成的改进3D矢量场Volume LIC绘制技术.在噪声生成部分,基于泊松盘分布以避免噪声点间的相互遮挡,采用Hilbert空间填充线遍历减少生成噪声点的规律性和人工痕迹,并通过高斯滤波核滤除高频区域生成稀疏高斯噪声.整个算法采用GPU+GLSL硬件加速机制,在噪声纹理采样时,利用GPU顶点颜色线性插值功能和片元计算方法有效地加速LIC纹理生成过程,并将卷积噪声和矢量场数据作为纹理传入GPU;采用光线投射算法实现LIC纹理的3D绘制显示,并通过光线提前终止技术和空白空间跳跃技术有效提升绘制效率;同时提供多种有效的交互分析手段查看流场内部特征.实验结果表明,该方法生成的3D纹理图像清晰、绘制效率高,能够有效地缓解3D复杂矢量场卷积数据过多引起的遮挡与混乱现象,具备良好的可视化效果.     

一种数字图像的栅格矢量混合文件格式

基于数字图像的自适应非均匀矩形剖分,定义了一种数字图像的栅格矢量混合的文件格式,称之为RV文件格式,它是在给定剖分精度下,对图像的不同剖分层次自适应地采用不同的储存方式,层次高的以栅格方式储存,层次低的以矢量方式储存。其优势表现在可以节省空间,对数字图像有压缩效果。特别是对巨幅图像的存储,空间节省优势更为显著。对巨幅logo图像进行了压缩性能评价实验,结果表明数字图像的RV文件对大面积连续灰度的图像有显著的压缩效果。     

基于GPU与Monte-Carlo的体绘制光线投射算法的研究

体绘制过程中等距离采样在显示效果不理想的情况下,每减少一个采样步长会增加大量采样点,大大增加了体绘制过程中的计算负担。针对这个问题,提出了一种基于Monte-Carlo积分方法的光线投射实现的实时体绘制算法,采用Monte-Carlo积分方法解决了光照明方程中的积分问题。实验结果表明,在显示效果几乎一样的前提下,采用本文的方法绘制效率提高了十多帧。     

基于GPU真实感毛发绘制

基于毛发的多层纹理表达方法,提出一种毛发实时绘制方法.该方法充分利用图形处理器的绘制功能,不仅能对毛发进行高精度快速的光照计算,而且能够高效地模拟毛发间的自阴影效果以及物体其他部分在毛发上遮挡形成的软影现象,以增强毛发的真实感效果.实验结果表明,该方法能够实时处理中等规模的模型,这对于毛发物体在电影、游戏和虚拟现实等领域的应用具有重要的价值.     

基于3D WARP的混合绘制算法研究

几何绘制（GBR）是传统计算机图形学的研究内容,随着计算机图形学的发展,图象绘制（IBR）成为研究热点,两者各有其优缺点,其中,GBR具有绘制自由度大,速度慢等特点,需占用大量系统资源,而IBR则正好相反,因此,寻找一种能够结合GBR与IBR优点,而又能克服其缺点的方法是必要的,为了使几何绘制和图象绘制能够实现有机地结合,提出了一 种全新的“基于几何与图象的混合绘制（Geometry and Image-Based Hybrid Rendering,GIBHR)”方法,并分析了GIBHR的研究内容,同时给出了GIBHR的绘制流程,在此基础上,将IBR领域的3DWARP 法在几何绘制领域进行了进一步拓展与推论,证明了其可行性和有效性,提出了一种基于3DWARP的混合绘制算法,最后对算法进行了实验,结果表明,该算法在提高几何绘制速度方面具有明显优势,且具有空间反走样能力。     

基于GPU的真实感地形绘制

如何高效地处理与显示大规模地形数据目前仍是一个挑战,在分析了大规模地形建模与可视化中存在的主要问题后,充分利用GPU的强大功能,在GPU上进行可见性剔除,实现了CPU与GPU的并行处理。同时充分利用GPU的渲染功能,提高可视化的真实感和实时漫游的速率,实现了大规模三维地形的实时漫游。     

基于GPU的体绘制框架

在基本的光线投射算法基础上,提出一种简单灵活的体绘制框架。该框架根据现有的标准和非标准的体绘制技术,在保证渲染质量和易交互性的前提下,实现了多个不同的着色器程序,包括最大密度投影、等值面绘制、体绘制等。实验表明:该框架具有易扩展性,灵活性高,表达了现有的医学可视化技术,将可编程图形显卡技术集成到直接体绘制中展现了强大的生命力。     

基于GPU的真实感地形绘制

如何高效地处理与显示大规模地形数据目前仍是一个挑战,在分析了大规模地形建模与可视化中存在的主要问题后,充分利用GPU的强大功能,在GPU上进行可见性剔除,实现了CPU与GPU的并行处理。同时充分利用GPU的渲染功能,提高可视化的真实感和实时漫游的速率,实现了大规模三维地形的实时漫游。     

基于GPU图像直接体绘制算法分析与评价

近年来计算机图形硬件性能不断提高,利用硬件来实现体绘制过程中的某些环节以获取交互的绘制速率成为可能,是目前体绘制的研究热点。描述了基于GPU的光线投射法、2D纹理映射法和3D纹理映射法等典型算法,给出了各类算法的分析与性能评价,最后实现相关算法并得出实验结果。     

基于矢量地图数据的异构混合快速绘制框架

随着测绘、遥感及相关技术的发展,矢量地图的数据规模和细节层次迅速增加,它们含有大量复杂的地理空间要素,且要素间存在复杂的拓扑几何关系,这使得大规模矢量地图的快速可视化对于高性能并行计算的需求十分迫切。针对这一问题,本文在原有的CPU多核处理的基础上引入GPU加速运算,提出一种基于CPU-GPU协同工作的异构混合并行绘制技术。实验结果表明,这种处理框架在矢量数据的快速可视化中作用较为显著,在大比例尺数据下并行加速比达到了较高的数值。