大规模复杂场景的可见性问题研究

大规模复杂场景的快速绘制技术是虚拟现实、实时仿真以及三维交互设计等许多重要应用的底层支撑技术,也是诸多研究领域面临的一个基本问题．作为其中一个技术解决手段,可见性问题在近年来得到了高度重视并取得了一系列研究成果．通过对相关可见性算法进行分析与总结,阐述了可见性问题的研究内容,提出了方法的优劣判别标准,给出了可见性判断算法所应包含的基本组成部分和步骤,最后指出未来仍然需要重点研究的若干关键问题．     

绘制大规模场景的可见性计算技术

高效的可见性计算可大量节省关于场景中不可见部分的计算．较系统地介绍了各种可见性计算技术。首先讨论可见性计算的基础方法；然后讨论可见性计算的高效实现和运用方法，以及一些能很好地提高绘制效率的可见性计算系统．     

一种基于松散八叉树的复杂场景可见性裁剪算法

针对传统八叉树方法的不足,在采用松散八叉树组织场景、利用八叉树空间划分优点的同时弥补其局限性.为提高遮挡查询效率,将子节点依视点排序,针对复杂场景采用双层裁剪技术以进一步提高性能.实验结果表明,文中算法对深度复杂度高、面片数量大的复杂场景具有较好的裁剪效率,能够很好地满足实时绘制的要求.     

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.     

大规模复杂场景交互绘制技术综述

大规模复杂场景的快速绘制是虚拟现实、实时仿真和三维交互设计等许多重要应用的底层支撑技术,也是诸多研究领域面临的一个基本问题.随着近几年三维扫描和建模技术的飞速发展,三维场景的规模和复杂度不断增大,大规模复杂场景的交互绘制受到了国内外研究者越来越多的重视并取得了一系列研究成果.首先简要回顾了大规模复杂场景交互绘制的研究进展情况;然后通过对其中涉及的主要关键技术进行总结分析,并对国内外典型的绘制系统进行比较和分类,阐述了大规模复杂场景交互绘制的主要研究内容,给出了大规模复杂场景交互绘制系统所应包含的基本组成部分和一般框架;最后对今后的发展方向做出了展望.     

基于概率计算模型改进的相关性层次遮挡裁剪算法

对复杂动态场景进行高效的可见性裁剪是实时绘制领域研究中的一个重要问题.围绕该问题开展工作,并针对相关性遮挡裁剪算法中的问题进行了改进.针对相关性层次遮挡裁剪算法存在冗余和不必要遮挡查询的问题,给出了一种概率计算模型.通过比较遮挡查询时间开销与绘制时间开销的数学期望,改进了相关性遮挡裁剪算法中遮挡查询的查询策略,从而进一步缩小了查询集合,使遮挡查询更加合理.实验结果表明,该算法对深度复杂度高、面片数量大的复杂动态场景有较好的裁剪效率,能够很好地满足实时绘制的要求.     

三维游戏场景中动态物体的遮挡剔除算法

在游戏场景中使用遮挡剔除技术后会比不使用的场景提高30%到70%不等的FPS,所以应尽量将遮挡剔除技术加入到游戏引擎中,而且遮挡剔除技术并不是只能使用到portal引擎中,它可以被使用到任意技术构建的引擎中。而由于现存的遮挡剔除算法对动态物体达不到真正的剔除,本文提出了一种剔除场景中动态物体的算法——区间扫描线Z缓冲器算法,并阐述了该算法的基本原理及实现步骤。     

大规模雪场景的实时绘制

大规模雪场景的真实感实时绘制在虚拟现实、雪灾的预防和救援、军事仿真及游戏设计等领域有着广泛的应用价值,但现有方法难以同时生成大规模动态雪场景的积雪及飘雪效果.为此提出并实现了一种交互式大规模雪场景建模与实时绘制的新方法.为了精细地模拟场景的积雪效果,提出一种基于视点的自适应降雪遮挡图模型,能在实时更新地物的遮挡关系的同时大大减少大规模雪场景中积雪的计算量,并提高了计算精度;对于场景的飘雪,采用一种基于视点的雪粒子分层建模技术来减少雪粒子数量,将视点变换及降雪粒子系统移至GPU中进行加速计算;采用动态多旋转纹理来模拟飘落雪花的形状以增加其真实感;采用几何与纹理混合绘制的方式来减少大场景的复杂度.最终成功地实现了野外和城市两个大规模雪场景的实时漫游,在场景中可看到压雪累累的树枝雪挂景象及轿车上厚厚积雪等冬天美景.     

基于深度网格的大规模森林场景的动态模拟

为了降低大规模森林场景的数据量和较真实地模拟其在风力作用下的动态效果,提出一种完全基于GPU的森林场景动态模拟方法.首先采用一种基于深度图像并重建几何的方法对树模型进行优化,在优化后的模型中内建了多个层次细节,并进行有效的压缩;然后采用随机过程的方法对风场建模,用简化的过程式方法计算风力作用下树的位移和形变.实验结果表明,该方法可以实现以8 MB存储空间和85 MB显存空间为代价、实时模拟数量高达10万棵的大规模森林场景在风场作用下的动态效果,且模拟效果好、质量高.     

基于重要性采样的动态场景全频阴影实时绘制算法

由于环境光源下的柔和阴影绘制需要针对每像素对来自全景方向的上千个光源进行昂贵的可见性计算,这给实时绘制带来了巨大的挑战.在消除预计算的前提下,提出了一种环境光源下动态场景全频阴影实时绘制算法.通过基于光照强度的环境图重要性采样、场景几何信息近似采样、阴影图预滤波、BRDF重要性采样等方法,实现了环境光源下动态场景的全频阴影及其环境映射绘制.实验表明,算法可满足环境光源、场景物体及其材质动态变化的要求,并可在保证实时绘制效率的前提下,取得近似于预计算算法的绘制质量.     

复杂环境光源下的动态场景实时绘制算法综述

在交互式图形应用(如互动游戏)中,复杂环境光的使用越来越普遍,并提供了比传统虚拟光源更高的真实感.对复杂环境光下的动态场景实时绘制算法进行综述,通过回顾这些算法的基本思想、假设、局限性和可使用范围,来对它们的特性进行描述和比较.特别地,文中还试图通过分析相关研究的内在联系来指出该领域未来的主要研究方向.     

Survey of Real-Time Rendering Techniques for Crowds

Real‐time rendering of photo‐realistic humans is considerably outside the scope of current consumer‐level computer hardware. There are many techniques, which attempt to bridge the gap between what is desired and what is possible. This paper aims to give an overview of the techniques designed to alter the complexity of the model's geometry (level of detail), or replace it with a flat image (visual impostor) and to improve the lighting model (lighting and shadows). Recent years have shown a boom in the power and availability of consumer‐level programmable graphics processors, thus techniques that make use of these features are coming to the forefront.     

一种动态物体次表面散射实时绘制方法

在给出非均匀材质建模描述方法的基础上,通过对光线类型和光的次表面散射物理过程进行分解,分别给出了图像空间非均匀材质单次散射和多次散射的近似计算方法。延迟着色思想的融入,满足了动态物体实时绘制的需要,并可较好地适用于分层非均匀半透明材质。     

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。