面向具有重复结构的大规模CAD模型的快速渲染

目的 基于普通个人计算机快速渲染大规模计算机辅助设计（CAD）模型仍然是个挑战。针对由少量基本对象按一定规律排布而成的大规模CAD模型——重复结构CAD模型,提出一种快速渲染方法,能够在个人计算机上的快速渲染大规模重复结构CAD模型。方法 该方法首先利用重复结构CAD模型的层次结构特征,结合现代GPU的Render-To-Texture的功能进行快速视锥裁剪,节约视锥裁剪时间;然后利用重复结构CAD模型中对象按规律布置的特点,仅对少量基本对象进行面片化,其他对象的面片模型在渲染时根据对象排布规律由基本对象的面片模型实时变换生成,解决大规模CAD模型内存需求过多的问题。结果 基于超级蒙卡核模拟软件系统SuperMC,使用典型重复结构模型——HM（hoogenboom-martin）、ADS（accelerator driven sub-critical system）、DCA（deuterium critical assembly）全堆芯CAD模型进行测试,HM、ADS、DCA模型分别由1 114 384,113 952和20 808个实体组成。测试结果表明,裁剪算法能大幅减少待渲染对象数量,渲染速度明显提高,且模型规模越大,本文方法优势越明显,在远视角的情况下提升效果最为突出,能提升3倍左右;结论 针对任意大规模CAD模型的快速渲染仍然是一个挑战,但本文针对重复结构CAD模型的特点,针对性地提出一套专用渲染策略,在个人计算机上实现大规模重复结构CAD模型的快速渲染。使用多个典型重复结构模型——反应堆全堆芯模型进行测试,测试结果表明了本文方法的有效性。     

基于OpenGL的Phong明口音处理软件实现

OpenGL自身不能直接计算Phong明暗处理,而Phong明暗处理是一种能产生较真实高光的明暗处理方法.通过分析OpenGL的标准图形渲染管道及Phong明暗处理的算法,采用软件实现了OpengGL标准渲染管道和光栅化的算法,替换了OpenGL硬件渲染管道和硬件光栅化部分,进而能直接实现片元级的Phong明暗处理.实验结果表明,Phong明暗处理能反映顶点间颜色值的变化.     

基于Web的BIM模型轻量化展示及渲染控制研究

针对当前BIM模型数据量庞大且需要专业软件查看,对计算机软硬件要求苛刻以及在C/S架构进行模型展示时十分不便的问题,提出了一种BIM模型的轻量化展示及自适应渲染控制的方法。该方法以Revit模型为研究对象,首先利用二次开发技术编写插件自动提取模型信息并转化成glTF格式;然后通过数据优化算法压缩glTF格式,并利用WebGL技术以及Three.js框架解析glTF格式实现模型的Web端重组;最后通过LOD-AD优化算法,实现距离较远且体积较小的三角面片剔除,并且帧率较低时优先渲染高层级构件,以此完成渲染过程中的自适应控制效果;实验结果表明,该方法在确保模型保真度的前提下,极大减少了模型体量以及模型传输时间,且场景的自适应控制能有效剔除低重要度构件,达到显著提升渲染流畅度的效果,为BIM模型轻量化展示以及渲染控制提供了一种可行的参考方案。     

手绘图风格的三维模型线条渲染

现有的三维模型线条渲染方法,由于模型是网格结构,渲染得到线条图由大量的小线段组成,导致图形中有许多明显的棱角和孤立线段.提出了一种新的手绘图风格的三维模型线条渲染方法,将观察到的三维模型转化成简洁、自然的线条图.算法首先采用Suggestive Contours方法得到模型的特征线段集,通过分析线段的空间信息,将小线段连接成若干长线条,并用三次B样条曲线插值这些线条,然后引入B样条小波对线条进行简化.实验结果表明,本文的方法可以很好地连接这些线段集,得到平滑、简洁的手绘风格模型线条图.     

基于Phong模型的明暗恢复形状的新算法

针对传统的混合表面形状恢复算法存在较大误差的问题,提出一种透视投影下从单幅图像混合表面明暗信息恢复形状的新算法。采用Phong反射模型来描述物体表面反射特性,假设光源处于相机的光心处,建立透视投影下的图像辐照度方程。然后由辐照度方程构造包含物体深度信息的Hamilton Jacobi偏微分方程,引入局部高阶LLF通量分裂格式和五阶WENO格式逼近微分方程的粘性解,最终得到物体表面三维形状。实验结果表明,与传统算法相比,新算法的恢复高度的最大误差和平均误差均显著降低。     

基于VRML97标准的混合渲染模型研究

虚拟现实场景需要混合自然场景和可视化数据等不同类别的对象,这时需要对不同对象使用不同的渲染模型.通过介绍在VRML97标准中实现各种渲染模型及其混合的方法.以校园虚拟环境为例实现了雨后彩虹的场景集成.     

基于参考图像的原子模型渲染方法

伴随着生物学的发展与纳米电子器件仿真技术的进步,原子结构在现代化科技领域发挥至关重要的作用。原子结构的复杂细节使得渲染效果受光源位置影响较大,导致了原子模型渲染工作的困难。基于此,提出了一种基于参考图像的原子模型渲染方法,计算出参考图像的光照参数用于原子模型的渲染。首先,通过改变光源位置,利用POV-Ray脚本实现不同光源角度下的批量模型渲染,采集光源位置参数及渲染图像得到对应光源位置的渲染图像数据集;接着,以残差神经网络为主干设计光源估计网络,并在网络中嵌入注意力机制提升网络准确性,使用优化后的光源估计网络对数据集进行训练,回归光源位置参数;最后将训练好的卷积神经网络应用于参考图像的渲染参数估计中,利用渲染参数渲染目标模型。实验结果显示。通过网络预测的参数与真实照明参数误差极小,具有高度可靠性。     

基于渲染图像角度结构特征的三维模型检索方法

为了充分利用三维模型的颜色、形状、纹理等特征,提出以三维模型渲染图像为数据集,利用渲染图像角度结构特征实现三维模型检索。首先,该方法以三维模型渲染图像为测试集,利用已有类别标记的自然图像作为训练集,通过骨架形状上下文特征对渲染图像进行分类,提取角度结构特征,建立特征库;然后,对输入的自然图像提取角度结构特征,与特征库中的角度结构特征进行相似度匹配计算,实现三维模型检索。实验结果表明, 充分利用 渲染图像的颜色、形状和空间信息是实现三维模型检索的有效方法。     

模型预测控制快速梯度优化算法评估北大核心CSCD

基于快速梯度法的一类在线优化算法因其可预估给定求解精度下的计算量上界而被用于实时模型预测控制的在线求解。由于各算法针对的控制问题形式不同及算法设计的差别,对于非线性模型预测控制问题,难以有效快速地选择合适的算法。首先,对各个算法的特性及适用范围进行了简要描述;然后,针对解决具有状态约束和输入约束的非线性模型预测控制问题,给出了各个算法在求解过程中的计算复杂度,通过非线性实例验证和比较了各算法的性能。研究结果可为选择合适的模型预测控制算法提供参考。     

基于快速学习型神经网络的机器人运动学模型辨识及运动控制

该文提出一种快速学习型神经网络，它不仅符合生物神经网络的基本特征，而且算法简单，学习收敛速度快，有线性，非线性系统辨识精度高优异特点。因此，此类神经网络非常适合于机器人运动学模型辨识及运动控制，仿真结果表明，基于快速学习型神经网络进行机械手运动学模型辨识有运动控制是合适的。     

基于二维纹理映射的镜面反射加速绘制

针对物体表面镜面反射现象的绘制,提出了一种新的基于二维纹理映射技术的加速算法。将具有镜面反射表达式的Phong模型分解成多个简单的数学函数,预先离散采样计算后作为纹理对象传给显卡。使用OpenGL多重纹理技术,将每个纹理对象放入相应的纹理单元,分别设置其组合函数,将多个纹理的运算组合起来。将三角片顶点坐标及多组纹理坐标传入,从而实现了物体镜面反射现象的实时绘制。实验结果表明,该算法大大提高了绘制的性能。     

体素分类与Phong光照模型GPU加速体绘制

为了提高体绘制的速度和效果,研究了体数据的分类和计算及其在图形处理单元上加速实现的体绘制算法.分别采用点体素先分类和预积分后分类方法为体数据分配颜色和不透明度,改进了利用不透明度对颜色加权改善绘制效果,根据Phong光照模型对体数据进行渲染.通过查找表软件加速和图形处理单元硬件加速两个方面分别实现并进行比较,实验结果表明,采用图形硬件加速的方法达到实时交互的效果,体绘制性能大大提高.     

Pencil-like sketch rendering of 3D scenes using trajectory planning and dynamic tracking

Objective: We present a new non-photorealistic rendering method to render 3D scenes in the form of pencil-like sketches.Methods: This work is based on the observation that the dynamic feedback mechanism involving the human visual system and the motor control of the hand collectively generates the visual characteristics unique to hand-drawn sketches. At the heart of our approach is a trajectory planning and tracking algorithm that generate the sketch in multiple layers using a dynamic pen model. On each layer, a set of target strokes are generated from the silhouette lines, edges, and shaded regions which serve as the target trajectory for a closed-loop dynamic pen model. The pen model then produces the rendered sketch, whose characteristics can be adjusted with a set of trajectory and tracking parameters. This process continues in several layers until the tonal difference between the sketch and the original 3D render is minimized.Results: We demonstrate our approach with examples that are created by controlling the parameters of our sketch rendering algorithms.Conclusion: The examples not only show typical sketching artifacts that are common to human-drawn sketches but also demonstrate that it is capable of producing multiple sketching styles.     

一种个性化三维人面模型及其绘制方法

设计了一种有效支持个性化变形和实时显示的三维人面模型结构,并在此基础上给出了一种特征约束的实时连续多分辨率绘制方法。模型结构的设计充分考虑了人面特征及模型中点、边、面的邻接关系,便于变形中特征点及相关区域的移动,基于此结构的特征约束的多分辨率绘制方法建立了视点参数与模型分辨率间的直接关系,在保持模型视觉特征的同时保证了实时连续绘制的实现。     

笔式三维草图绘制中的轮廓线技术研究*

详细介绍了三维模型轮廓线技术及其检测算法,并深入分析了轮廓线技术在三维草图绘制中的作用;然后设计并实现了一个三维草图绘制系统。该系统提供了用笔绘制三维模型的交互环境,通过轮廓线将三维模型与二维交互手势联系起来,使用户可以自由灵活地操纵和控制三维模型,获得自然、高效的交互体验。     

植物叶片表面质感建模与真实感绘制研究进展

植物表观的真实感建模是计算机图形学领域的重要研究内容,叶子作为植物最重要的器官,尤其受到广泛的关注。近年来,随着计算机硬件技术和图形算法的快速发展以及对植物叶子生理机理研究的不断深入,植物叶片表观质感建模和真实感绘制的研究取得了很多成果。植物叶片表面光学特性的采集与建模技术是其中的研究热点和难点。从植物叶片真实感质感模型的定义出发,介绍了近年来国内外在植物叶片表面质感建模和真实感绘制方面取得的最新研究进展,并给出详细的分析和总结。最后对该领域研究存在的问题和未来发展方向提出了一些看法。     

An Efficient 2½ D rendering and Compositing System

We describe a method for doing image compositing using either 2D geometric shapes or raster images as input primitives. The resolution of the final image is virtually unlimited but, as no frame buffer is used, performance is much less dependant on resolution than with standard painting programs, allowing rendering very large images in reasonable time. Many standard features found in compositing programs have been implemented, like hierarchical data structures for input primitives, lighting control for each layer and filter operations (for antialiasing or defocus).     

三维U系统矩描述子及其快速算法

文章介绍了一种新的三维正交多项式矩的定义——三维U系统矩。对由三维U系统矩构成的三维模型特征描述子向量,提出了一种快速计算方法。实验表明,这种快速方法具有更高的计算效率。     

3DGIS环境下雨雪天气实时仿真

3D GIS最重要的特征之一就是虚拟现实表现,其本质是可视化技术与GIS数据库的整合,以满足各种应用如生态农业、灾害预测等方面的需求。以GIS数据库的环境数据和气象数据为基础,通过对雨雪的效果模拟,将GIS气象数据以实时的可视化形式逼真地表现出来。实验方法采用粒子系统,对单个点元赋予利用Photoshop制作的大面积纹理,这样采用的粒子数减少到普通粒子系统的十分之一,渲染速度为普通粒子系统的十倍以上,以较小的系统资源消耗达到了更加实时逼真的效果,对雪的动态堆积和雨水地面效果采用GPU加速3维渲染,原型系统同时能接受用户对实验环境如粒子纹理、雨雪量的设置。提出根据气象数据进行天气模拟的自适应策略,从而更加适应实际应用需要。     

Fast 2D discrete cosine transform on compressed image in restricted quadtree and shading format

Given a compressed image in the restricted quadtree and shading format, this paper presents a fast algorithm for computing 2D discrete cosine transform (DCT) on the compressed grey image directly without the need to decompress the compressed image. The proposed new DCT algorithm takes O(K²logK+N²) time where the decompressed image is of size N×N and K denotes the number of nodes in the restricted quadtree. Since commonly K<N, the proposed algorithm is faster than the indirect method by decompressing the compressed image first, then applying the conventional DCT algorithm on the decompressed image. The indirect method takes O(N²logN) time.