GPU-Assisted High Quality Particle Rendering

Visualizing dynamic participating media in particle form by fully solving equations from the light transport theory is a computationally very expensive process. In this paper, we present a computational pipeline for particle volume rendering that is easily accelerated by the current GPU. To fully harness its massively parallel computing power, we transform input particles into a volumetric density field using a GPU-assisted, adaptive density estimation technique that iteratively adapts the smoothing length for local grid cells. Then, the volume data is visualized efficiently based on the volume photon mapping method where our GPU techniques further improve the rendering quality offered by previous implementations while performing rendering computation in acceptable time. It is demonstrated that high quality volume renderings can be easily produced from large particle datasets in time frames of a few seconds to less than a minute.     

一种面向高动态范围材质的实时渲染算法

针对具有高动态范围材质的场景的渲染问题，给出了将渲染光照模型由传统材质模型扩展为高动态范围材质模型和基于GPU实时渲染的算法。经过此算法得到的高动态范围渲染结果必须通过进一步的处理才能正确地显示在仅具有低动态范围的显示输出设备上。为此，该文给出了一个结合高动态范围材质的实时渲染算法、基于物理的模拟镜头眩光效果算法以及色调映射算法的综合方法，并通过实现验证了此方法。     

三维地形高质量实时矢量叠加绘制

在高低起伏的三维地形上无缝叠加二维矢量数据是三维地理信息系统可视化的必须功能.为了进一步提高矢量纹理的像素有效利用率,减轻走样,提出一种采用多级联的绘制方法来改进传统基于纹理的矢量叠加绘制过程的算法.该算法采用深度剖分和屏幕空间分块2种策略对视域四棱锥进行分割,对子四棱锥内矢量进行级联绘制,并对绘制范围进行调整优化,整个算法过程完整地利用了现代GPU可编程硬件来实现.实验结果表明,文中算法适用于大范围多分辨率地形上的矢量绘制,绘制过程达到了实时,绘制效果令人满意.     

实时水面渲染

通过当前图形硬件提供的GPU可编程管线的特性、GPU并行计算思想以及Shader Model 3.0的顶点采样的新特性对海水进行建模,又通过LOD技术优化海水模型。采用了存储高度信息的250张纹理图,通过与时间相关联的纹理动画技术对高度图进行叠加,实现海水波动。通过顶点法线算法,镜像算法和渲染到纹理技术等多种算法的有机结合,实现水面的反射、折射和菲涅尔效果等水面光照效果。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（60FPS以上）,可实现虚拟现实中实时水面的生成。     

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。     

大规模地形漫游中的实时地形渲染技术

地形漫游已经被广泛应用于游戏、虚拟现实（VR）、飞行仿真和地理信息系统（GIS）等环境中。在传统的仿真中,地形采用艺术家手工建模,但是手工建模价格昂贵,而且不能产生连续的细节层次（Level of Detail,LOD）。大规模的地形渲染算法需要采用细节层次来减少实际需要绘制的地形数据。从产生地形角度入手,分析了几种经典的实时地形渲染技术,并对部分技术进行比较。最后提出对某些方法进行改进,以达到更好的效果,并通过PC机上的实验加以验证。     

复杂文本网数据的主题建模进展

文中介绍了大规模文本网数据的主题建模研究的特点和近年来的重要进展.主题建模方法吸引了世界范围的广泛兴趣,并且促进了许多重要的数据挖掘、计算机视觉和计算生物应用系统的发展,包括文本自动摘要、信息检索、信息推荐、主题检测和追踪、自然场景理解、人体动作识别以及微阵列基因表达分析等.文中重点介绍文本网数据的4个主要特点以及对应的主题模型.文本网数据含有动态、高阶、多通路及分布式的结构,而之前的主题模型仅对部分的结构进行建模.而文中讨论了在三维马尔可夫模型的框架下统一对文本网数据的4个结构特点进行建模,并分析了结合三维马尔可夫模型和二型模糊系统对分布式单词计算和主题建模应用的可能性.除了对文本网数据的结构建模之外,还讨论了一些对三维马尔可夫模型能量最小化的机器学习算法.     

面向装配的飞行器超大模型实时可视化技术

针对飞行器大数据量CAD模型实时绘制困难的问题,提出一种LOD自动批处理生成以及实时自适应绘制方法.以零部件为处理对象以保留装配树信息,结合模型分割完成超大模型简化,并根据计算机存储能力、实时绘制能力以及CAD模型特点,实现了定量的LOD自动批处理生成;以精确遮罩查询为基础,根据计算机实时绘制负载和CAD模型面片密度,动态地调整LOD精度等级,使得各个模型的精度基本一致,避免了传统算法的弊端,实现了LOD实时自适应绘制,并进行了优化.实验结果表明:采用文中技术处理千万级三角面片的模型约1h完成LOD生成,并可在普通计算机上实现实时的自适应绘制.     

一种基于二叉树结构的大规模地形实时渲染方法

对于大规模地形而言,地形场景的实时动态渲染一直是人们关注的重点。该文在充分研究现行场景实时加速绘制算法的基础上提出了一种基于二叉树结构视相关的动态多层次细节地形渲染算法。文章主要分析了地形场景数据管理与实时调度、视相关多层次细节模型与可见性判断以及网格三角化中的裂缝处理等关键问题,并给出了相应的解决方法,最后改进了一种视相关节点重要性度量准则来进行帧频控制。实验结果表明该方法在保持地形场景逼真的情况下,有很好的帧稳定性,较好地实现了大规模地形的实时动态渲染。     

大规模点模型的实时高质量绘制

提出了一个针对大规模点模型的实时高质量绘制算法．该算法采用距离相关的自适应绘制策略,在不损失绘制质量的前提下简化了计算．在预处理阶段,对点模型进行剖分,为每一分片分别建立层次结构,并序列化为线性二叉树保存．绘制时,首先根据每片的包围盒和法向等信息进行快速视域裁剪与背面剔除．对于可见的分片,依据它与视点的距离和视线方向,选择恰当的细节层次,直接取出线性二叉树中对应的点几何数据,自适应地选择最合适的绘制模式对其进行绘制．为了减少存储空间的消耗,该文提出了一种面向保留模式图形硬件加速的点模型压缩和解压缩算法,压缩比例达到8：1．作者在可编程图形硬件中实现了该文算法,在普通微机上实现了百万数量级点模型的实时高质量绘制。     

基于libMini的动态地形实时渲染算法

为了减少地形动态变化时的地形计算时间,满足动态地形实时可视化的需要,在地形渲染库libMini的基础上,依据地形动态变化的局部性特点,以及库中LOD(Level ofDetail)算法的具体实现方式,运用局部更新的思想,提出了一种动态地形实时计算和渲染算法.算法避免了在地形动态变化时进行大量重复计算,使得在地形动态变化时所需的计算量大大减少,达到实时渲染要求.实验表明,算法使得局部地形动态变化时地形计算和渲染的时间从秒级降低到毫秒级,可以满足实时渲染要求.     

一种适合室内3D MMOG场景的快速绘制方法

室内3D MMOG中的场景复杂且场景中元素具有运动频繁的特点,现有的绘制方法尚不能很好地满足场景的实时绘制需求.因此,本文提出了一种适合室内3D MMOG的场景快速绘制方法.该方法采用BSP树与动态八叉树相结合的混合结构组织游戏场景,同时使用扩展包围盒代替不可见的动态物体从而有效降低了游戏场景更新代价.实验表明,该方法提高了绘制室内3D MMOG场景的速度,更符合室内3D MMOG的实时性需求.     

一种基于外存的地形实时绘制方法

为了解决地形模型由于受内存限制而无法进行实时绘制的问题，提出了一个有效的基于外存的海量地形数据实时可视化框架，该框架由三层体系结构构成：管理层，调度层，自适应LOD活动地形渲染层。利用该框架进行海量地形的实时绘制，理论上可以达到绘制速度与地形规模基本无关。文章给出了该框架的一个实现，并通过对36块具有500万个三角片的地形进行测试，可以达到25帧/秒的实时绘制速率，验证了该框架的有效性。     

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。     

真实感雾的实时绘制

提出了一种真实感雾的实时绘制新方法,该方法对以刻画光能穿过雾这类参与介质发生的吸收、自发射、散射和内散射等光学现象的光能传输方程进行一定的近似,利用余弦函数并通过改变其中的相位参数作为衰减系数实现了非均匀、多层次的静态与动态真实感雾的实时绘制。     

Interactive Rendering of CSG Models

We describe a CSG rendering algorithm that requires no evaluation of the CSG tree beyond normalization and pruning. It renders directly from the normalized CSG tree and primitives described (to the graphics system) by their facetted boundaries. It behaves correctly in the presence of user defined, “near” and “far” clipping planes. It has been implemented on standard graphics workstations using Iris GL¹ and Open GL² graphics libraries. Modestly sized models can be evaluated and rendered at interactive (less than a second per frame) speeds. We have combined the algorithm with an existing B-rep based modeller to provide interactive rendering of incremental updates to large models.     

基于图像的方向透射实时绘制算法

透明材料粗糙表面上多次方向透射可产生独特的视觉效果,但目前对其只能采用蒙特卡罗光线跟踪等离线方法绘制.为此提出一种实现该现象实时绘制的算法.通过将多次方向透射建模为一系列串行滤波器,得出一个多次方向透射的近似解;将该近似解用于预先计算遥远光源的多次方向透射,并将计算结果保存在一系列环境贴图中;这些环境贴图使GPU可以实时绘制透明材料粗糙表面的方向性折射和反射.实验结果表明,该算法在GPU上可以得到实现,并能够获得可信的绘制结果和满足交互应用的帧率.     

一种超大规模地形场景的实时渲染算法

超大规模地形场景包含大量的数据,无法一次性载入内存进行实时渲染.基于Geometrical Mipmapping算法,结合动态调度技术,提出一种高效的超大规模地形场景实时渲染算法.算法对海量地形数据进行分块,在实时运行时,根据视点的位置动态地载入所需的地形块和释放无用的地形块,使得内存中的地形数据维持在一定范围内.然后,通过LOD技术和视域剔除对内存中的地形数据进行简化,大量减少送入GPU的三角形数量,从而达到实时渲染.实验结果表明,算法渲染速度快,内存开销较小,适合于超大规模地形场景的实时渲染.     

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.