基于GPU的水面实时渲染算法

提出基于可编程图像硬件实时生成真实水面的渲染方法,通过实现水面建模、水面折射和反射完成整个渲染过程。在正弦波叠加的同时,利用2个凹凸纹理实现水面的动画效果,通过实时纹理映射技术实现水面的反射、折射和菲涅尔等水面光照效果。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,适用于虚拟现实中真实水面的生成。     

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。     

基于GPU的海浪特效实时渲染

对于海浪特效的模拟能有效增强海洋场景仿真的真实感,模拟的实时性也是海洋场景仿真系统的重要需求之一.为了实现基于GPU的海浪特效实时渲染,以PM海浪谱为基础进行了研究,从而生成海浪高度场,并结合视相关反投影方法生成海浪网格,采用硬件着色器进行基于物理光照模型的实时光照处理,生成了具有较强真实感的海面效果,较好地满足了时渲染场景实时性和真实感的要求,达到了实时视景仿真系统中对海洋模块的实时仿真要求.     

基于物理的火焰实时渲染

为了实时渲染具有真实质感的火焰,针对现在物理模型计算量大的特点,引入一种改进的物理方法,采用可压缩的Navier-Stokes方程,只求解速度与密度两组物理量。使用解出的密度场数据刻画火焰的形态,再通过火焰的蓝核模型,对密度场数据进行分段插值得出火焰的颜色。该方法可降低解N-S方程的计算规模,提高计算速度,呈现效果真实的动画,能表现出火焰被风吹以及障碍物遮挡的效果。     

基于材质的实时渲染场景组织技术

为了提高图形渲染程序的性能,根据统一脚本核心硬件的特征,提出一种在材质空间进行二次排序的场景组织算法.首先在硬件抽象层扩展了材质的定义;然后根据扩展的材质定义重新组织场景中的对象,再在材质空间中对物体进行二次排序;最后把排序好的对象发送给图形渲染线进行渲染输出.该算法在不改变图像渲染质量的前提下,可以极大地加快图像的渲染速度.实验结果表明,文中算法可较大地提高图形渲染程序的性能.     

多分辨率点状地标实时渲染研究

大规模点状地标的高性能实时渲染是地理信息系统和计算机图形技术面临的一项具有挑战性的难题。采用多分辨率的技术是解决上述问题的有效方法,其本质是通过动态控制显示的规模获得最佳的显示效果和性能。根据不同层次分辨率的点状地标的空间分布特点,提出一种基于空间分割和视点高度的显示规模控制方法,推导了帧时间计算公式,由此确定最佳空间分割尺寸。通过两个不同层次点状地标的空间分割和性能测试,给出了最佳空间分割尺寸,验证了基于空间分割的多分辨率点状地标渲染方法的正确性和有效性。     

使用多层深度采样的屏幕空间环境光遮挡

为解决传统的基于水平线的屏幕空间环境光遮挡算法不能准确计算被遮挡物体的环境光遮挡值的问题,提出了一种使用多层深度采样的屏幕空间环境光遮挡算法。该算法使用桶型深度剥离算法获取场景中各层次的深度信息,并使用这些信息为场景中所有物体计算环境光遮挡值,有效解决了算法不能为被遮挡物体计算环境光遮挡值的问题。该算法的计算过程完全在图形处理器中完成。实验结果表明,该算法相对于原算法具有更好的真实感。     

空天三维仿真中空间目标实时渲染算法

近年来,随着载人航天研究的进一步加深,空天任务的复杂性和可靠性要求也日益提高。对海量目标的位置实时解算和场景渲染是空间目标实时渲染的重难点。利用层次细节模型（LOD）在动态渲染中的优势,本文提出一种海量的空间目标实时渲染方法,该算法侧重于把传统的批LOD模型优化成基于R树的LOD模型。在构建基于R树的LOD模型时,会出现索引空间重叠、查询效率低、LOD模型纹理突变等问题。因此,提出基于节点的深度调整策略消除索引空间重叠,采用快速剪枝算法提高查询效率,使用基于Shader的Alpha测试技术实现LOD模型平滑过渡,通过上述3种优化算法的协同处理,优化后的LOD模型在场景渲染时间、空间占有率、帧率等均有所改善。     

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。     

基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染

基于光线追踪,将屏幕图像像素分解为投射光线与场景对象交点面片辐射亮度和 纹理贴图的合成,每个面片的辐射亮度计算基于双向反射分布函数(BRDF)基的线性组合,并通 过图形处理器(GPU)处理核心并行绘制进行加速,最后与并行计算的纹理映射结果进行合成。 提出了一种基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染算法,利用GPU 并行加速,在提 高绘制效率的前提下,实现动态交互材质的全局光照实时渲染。重点研究：对象表面对光线的 多次反射用BRDF 基的线性组合来表示,将非线性问题转换为线性问题,从而提高绘制效率; 利用GPU 并行加速,分别计算对象表面光辐射能量和纹理映射及其线性组合,进一步提高计算 效率满足实时绘制需求。     

基于GPU编程的真实感水面模拟绘制

提出基于GPU编程的真实感水面的优化实时渲染算法。介绍了各种水面渲染需要使用到的图形,数学处理技术。通过固定的顶点流实现了水波建模,凹凸映射贴图和纹理混合,水面的反射和折射等多种特效,并使用可编程流水线的补色渲染完成最后的水面绘制。实验证明该方法可以很好地模拟真实水面的渲染要求,可以满足3D游戏和动画中对水面渲染的需要。     

基于GPU编程的真实感水面模拟绘制

提出基于GPU编程的真实感水面的优化实时渲染算法。介绍了各种水面渲染需要使用到的图形,数学处理技术。通过固定的顶点流实现了水波建模,凹凸映射贴图和纹理混合,水面的反射和折射等多种特效,并使用可编程流水线的补色渲染完成最后的水面绘制。实验证明该方法可以很好地模拟真实水面的渲染要求,可以满足3D游戏和动画中对水面渲染的需要。     

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。     

GPU上的非侵入式风格化渲染

提出一种基于硬件加速的算法,在实时图形应用中非侵入式地获得各种风格化渲染特效.通过实时地截获OpenGL API函数调用,修改了常规的渲染流程.该算法完全采用硬件加速的方法,在图形处理器中对颜色缓冲区和深度缓冲区进行后处理;同时采用OpenGL绘制语言作为高级绘制语言,从而可以和其他硬件加速算法（如置换式贴图、矩阵调色盘变形等）完全兼容.实验结果表明：文中算法适用于交互式非真实感渲染的应用,可以作为一种风格化渲染的强有力的工具.     

Physically Based Real-Time Rendering of Teeth and Partial Restorations

Visually accurate real-time rendering of teeth has many applications ranging from computer games to dental computer aided design (CAD). Similar to skin, the realistic and physically correct appearance of teeth cannot be achieved by simply using opaque diffuse textures, mainly because of the subsurface scattering behaviours of both. While both have a layered structure in common, the scattering characteristics of the teeth layers are drastically different from those of the skin, making rendering much more complicated. We present an approach which uses the Henyey–Greenstein scattering to achieve a near realistic real-time rendering of human teeth. To simulate the multi-layered geometry of teeth, we use standardized teeth models with dentin cores and fit them to real scanned teeth or dental restorations. By using a proxy geometry to compute the scattering, we can also render partial restorations as they would look like when attached to the remaining teeth. Finally, we compare our results to the VITA shade systems and human teeth to evaluate the visual fidelity of our approach.     

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。     

基于梯度图的微结构表面全局光照实时绘制

针对带有微结构表面的几何模型全局光照计算复杂、难以达到实时性要求的问题,提出一种基于高度梯度图分析的全局光照实时绘制方法.首先,定义微结构高度梯度图,并据此构建可见点的局部最高点集合.其次,给出面向微结构表面对象实时绘制的全局光照计算模型,将光照计算近似分解为环境光入射、光源直接光照和一次交互漫反射这3种分量的计算.在环境光计算过程中,提出一种自适应环境光遮挡计算,借助局部最高点集合计算遮挡角.在直接光照中,给出一种微结构阴影的修正方法,搜索入射光方向的最近局部最高点剖面;通过比较剖面内光线投影与局部最高点的遮挡角,近似确定由微结构造成的阴影区域.最后,根据可见点的局部最高点集合确定一次交互漫反射的采样范围,进行渗色处理.整个全局光照计算方法在图像空间完成,较好地利用了延迟着色的思想和GPU并行计算的特点.算法可以在使用低精度几何模型时表现出带有微结构表面的高精度模型的全局光照效果,且适用于动态场景和可变形物体的全局光照计算.     

利用GPU对3D角色模型绘制水墨效果

在GPU内利用非线性纹理映射以及模型表面法向量和视点向量之间的夹角来模拟线条的粗细及浓淡变化,解决了在某些视角条件下非线性纹理映射导致的大面积黑斑问题.模型表面的淡墨晕染通过模型上指定的某点位置与其他各顶点连线向量和该点法向量夹角信息进行控制.实现了水墨效果的3D角色在3D水墨效果场景中的实时漫游.