交互体绘制中的快速颜色合成

颜色合成是体绘制的重要组成部分,其中大量重复计算严重影响了绘制的实时性。为了减少颜色合成中的计算量,该文从体数据中分离出了与交互绘制无关的特征进行预处理,进而避免了交互绘制过程中的大量重复计算。对于稳定采样区间的颜色合成,提出了基于透明度标尺的颜色合成新算子,该方法对于类属较少的体数据,其绘制加速效果是十分明显的。     

一种改进求交的自适应光线投射体绘制算法

光线投射算法是体绘制技术中的一种重要算法,但其自身存在采样效率低和绘制速度慢等问题。为了提高光线投射算法的绘制速度,本文提出了一种改进求交的自适应光线投射体绘制算法,算法采用一种快速求交方法和自适应采样来提高体绘制速度,试验结果表明该算法能在基本不影响图像质量的同时提高算法的速度。     

特征抽象的直接体绘制方法

直接体绘制需要借助于传输函数,而设计一个有效的传输函数非常耗时且需要具备丰富的经验.为此提出一种不透明度自动调节的可视化方法.通过分析采样光线提取出数据的特征,并将这些特征抽象为不同层次的采样点,抽象采样点的不透明度根据采样光线上特征数的变化而改变;在保证最远抽象采样点可见度最大的前提下,推导并修改传统体绘制积分方程,得到基于抽象采样点的体绘制积分方程.实验结果表明,该方法不依赖于传输函数,能有效地展示体数据中的特征信息.     

针对全空子数据体的GPU体绘制方法

体绘制是三维数据可视化的主要方法之一。用于体绘制的数据体中包含有大量的空体素,导致光线投射算法进行没有意义的重采样计算,必然降低绘制算法效率。针对全空子数据体体绘制低效问题,本文提出基于GPU体高效绘制方法。利用八叉树数据结构组织数据,有效管理包含许多空体素的子数据体。通过绘制八叉树非全空叶子结点子数据体表面,使光线投射算法中起始和终止重采样位置更接近数据体中的可视部分,同时根据八叉树全空结点子数据体判定纹理查询结果,计算合适的跳跃步长,快速跳过八叉树中全空结点子数据体,减少无效重采样点。当数据体中空体素较多时,实现对原基于体包围盒表面绘制的GPU光线投射算法的加速。设计不透明度函数,凸显数据体中层位面,并将算法成功应用于地震数据可视化,取得很好应用效果。     

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。     

一种快速的体数据特征增强可视化算法

传输函数是实现体数据特征分类与可视化的重要手段,随着维度的升高,传输函数设计过程趋于复杂且难以实时交互;而在基于视线方向上特征分析的体数据特征可视化方法中,复杂的特征分析过程占用GPU硬件资源,降低了体绘制效率.为此提出一种快速的、不完全依赖于传输函数设计的体数据特征增强可视化算法.利用视线方向上采样点标量值变化率,快速识别视线方向上的重要特征,通过降低不重要特征的不透明度以增强重要特征在绘制结果图像中的可见性;引入反锐化掩模技术对视线方向上重要特征进行加权处理,在保证体绘制效率的同时增强了体数据特征的视觉感知.在绘制过程中,文中算法利用简单而有效的特征分析操作,在传输函数映射的基础上对感兴趣特征的视觉元素再次优化,实现不完全依赖于复杂传输函数设计的体数据特征增强可视化.最后通过大量实验,进一步验证了该算法的有效性与实用性.     

基于相关性的快速体绘制研究

光线投射法是三维直接体绘制算法中的一种最基本方法,但简单的光线投射算法存在采样效率低和绘制速度慢的缺点。本文充分利用对象空间与图像空间的各种相关性,利用 对象空间中数据场的相关性,对采样点处的均匀性区域采用正方体进行度量,并以此来确定采样步长,在射线方向上采用自适应的采样方式,避免在采样点周围均匀性区域中中重复地进行采样,大大地提高了三维数据场的绘制速度。     

一种非规则数据场的体绘制算法

非规则数据场的体绘制是可视化的一个热点和难点。常用直接体绘制算法有光线投射法、单元投影法、快速体绘制算法。本文吸取了上述三种算法的优点,采用体元面投影的方法来确定光线路径;同时考虑到非规则数据场的一些特性,采取三个有效的措施大大加快了投影和求交速度;在采样中用分段积分法代替等距采样,从而进一步提高了图象质量。     

针对类球形对象的改进光线投射算法

为提高光线投射算法的绘制速度和图像绘制质量,提出了一种针对类球形对象的改进光线投射算法。该算法首先设置球形包围盒的方法剔除对最后绘图结果没有影响的光线投射,用快速求交的方法来提高获取采样点的速度,通过自适应采样的方法加入新的采样点来提高绘制图像的质量。实验结果表明该算法不仅比传统方法绘制出的图像质量清晰,并且提高了算法的执行速度。     

基于改进光线投射算法的体数据显示

光线投射算法属于直接体绘制（DVR）中应用比较广泛的算法,其优点是绘制质量高,但是存在采样点计算量大,绘制速度慢的问题.针对这一问题,本文利用投射光线在物空间的传递性质,提出了一种改进的计算采样点位置的算法,加快采样点的获取速度,提高图像三维重建的效率.该算法在PC机平台上得到了实现,不仅在图像质量上得到保证而且绘制速度又有很大提高,为图像的三维重建提供了有效的手段.     

基于最近离散点的光线跟踪

论文提出基于最近离散点的光线跟踪算法。对于原始的点云模型,算法通 过平衡二叉树在设定范围内搜索离光线迭代点最近的N 个离散点,并用栅格的加速结构避 免不必要的迭代搜索计算。光线与实际最近的N′个离散点的局部平面进行求交计算,局部 平面的法向量是由离散点对应的三角形法向量通过三角形面积加权平均计算得到,并保证法 向量计算的一致性。通过改变光线跟踪的参数（最近离散点的数目）,即可达到渐进地多分 辨率显示原始的点云模型的目的。对于噪声多的原始的点云模型,设置较大的最近离散点的 数目,以有效地减少其绘制的噪声;对于噪声少的原始的点云模型,设置较小的最近离散点 的数目,以更多地显示其局部几何特征。     

View-dependent refinement of multiresolution meshes using programmable graphics hardware

View-dependent multiresolution rendering places a heavy load on CPU. This paper presents a new method on view-dependent refinement of multiresolution meshes by using the computation power of modern programmable graphics hardware (GPU). Two rendering passes using this method are included. During the first pass, the level of detail selection is performed in the fragment shaders. The resultant buffer from the first pass is taken as the input texture to the second rendering pass by vertex texturing, and then the node culling and triangulation can be performed in the vertex shaders. Our approach can generate adaptive meshes in real-time, and can be fully implemented on GPU. The method improves the efficiency of mesh simplification, and significantly alleviates the computing load on CPU.     

基于图像的卡通画扫描线渲染方法

为了模拟艺术家的卡通风格绘画,提出了一种基于图像的卡通画扫描线渲染方法,对用户输入的用数码相机拍摄的图像首先提取轮廓,然后进行颜色处理,最后合并得到具有卡通风格的图像。同时,给出了基于直方图的边缘参数的计算和基于扫描线的颜色处理两个算法,自动实时地完成了渲染过程。实验结果表明,该方法的渲染效果更接近于手绘风格,适合于卡通动画和个性化照片等领域的应用。     

改进的光线投射法

采用光线投射法对连续CT图片进行三维重建,针对传统的光线投射法采样点计算量大,难以实现交互的问题,在采样过程中,利用平行投射直线之间的空间递推关系,提出了快速计算射线与平面集合的交点的算法,加快采样点的获取速度,实现重建速度上的提高。针对光线计算重复的问题,采用简化后的Phong光照模型,使得最后重建的显示效果更加理想。通过一台带有独立显卡的PC机,实现了改进后的算法,验证了该算法的实际效用。     

基于球面投影网格的大规模复杂水面模拟

针对目前大规模复杂水面模拟中存在的效率不高、碰撞检测较为复杂等问题,提出了一种海洋尺度复杂水面模拟解决方案.首先,提出了一种球面投影网格方法实现大规模动态水面波动效果的模拟.与传统的投影网格方法相比,该方法不需要重新构造与球面直接相交的投影体,具有更高的绘制效率并且适合图形硬件加速.其次,设计了高效的交互式复杂水面的模拟方法,包括水面和刚体交互作用的模拟及刚体与地形的快速碰撞模拟.此外,给出了通用的泡沫绘制和海岸线绘制方法.实验结果表明,该方法的模拟结果较为逼真,能达到较高的绘制速度(FPS>60),适用于计算机游戏、虚拟现实等实时环境.     

A Resolution Independent Approach for the Accurate Rendering of Grooved Surfaces

This paper presents a method for the accurate rendering of path‐based surface details such as grooves, scratches and similar features. The method is based on a continuous representation of the features in texture space, and the rendering is performed by means of two approaches: one for isolated or non‐intersecting grooves and another for special situations like intersections or ends. The proposed solutions perform correct antialiasing and take into account visibility and inter‐reflections with little computational effort and memory requirements. Compared to anisotropic BRDFs and scratch models, we have no limitations on the distribution of grooves over the surface or their geometry, thus allowing more general patterns. Compared to displacement mapping techniques, we can efficiently simulate features of all sizes without requiring additional geometry or multiple representations.     

基于GPU的非结构化网格数据体光照计算与实现方法

光照在提高体绘制质量方面发挥重要作用,而梯度计算是实现体光照的关键.与结构化网格相比,非结构化网格拓扑关系复杂,使得顶点梯度估计困难,采样点梯度计算复杂度高,且不易采用GPU加速,阻碍了算法的实时性.因此,绝大多数非结构化网格体绘制尚未添加体光照.本文提出一种高精度的非结构化网格顶点梯度计算方法:先采用格林公式估计单元...     

采用重要性面片采样的实时全局光照

提出了一种实时全局光照的计算方法。该方法支持任意视点下动态光源的一次间接光照计算,并且物体表面材质可实时编辑,该算法预计算了各面片上的形状因子来解决遮挡问题,并记录形状因子较大的重要性面片作为间接光源。渲染时先从光源方向对场景记录了一个扩展的阴影图,包含了光源照射到的面片ID和其光通量,再根据采样好的间接光源来计算间接光照。使用CUDA,整个光照计算过程在GPU中完成,可以对静态场景进行实时渲染,并能达到逼真的渲染效果。