细分曲面的GPU完全实现

本文提出一种完全在GPU上实现的细分曲面绘制策略。该方法以扇区为基本单元,利用三种新的枚举坐标对网格顶点进行编码。初始控制网格按扇区分割后,其顶点被编码到一张纹理上,控制顶点不规则性分离到扇区的同时扇区之间又具有松耦合联系,使GPU像素管线的并行性从片段网格内扩展到整个网格。另外,通过三张查找表来降低实时计算量,并且避免了在CPU上预先细分一次。经过实验对比说明,本文方法具有更高的实时性能。     

基于GPU的大规模海浪实时绘制

海浪建模与绘制是近二十年来计算机图形学领域的一个经典问题,同时,随着硬件的发展,尤其是图形处理器(GPU)以大大超过摩尔定律的速度高速发展和其高速计算能力、并行性、其可编程功能,使得基于GPU的通用计算成为一个新研究热点.利用GPU的高速计算能力和可编程功能,解决海浪模拟中的复杂计算问题,提出一种基于图形硬件的大规模海浪实时绘制方法.首先,对图形处理器进行了概述.然后,基于Gerstner-Rankine模型生成海洋高度场,采用屏幕细分自适应算法对数字地球上的可视海洋表面进行采样,利用图形处理单元的可编程特性进行顶点和颜色计算,模拟实时球面海浪效果.实验结果表明,基于GPU的方法可以在普通PC图形硬件上实现大规模海浪的交互漫游.     

基于GPU的大规模场景实时阴影绘制

阴影绘制中,阴影图算法因不依赖于场景,绘制效率高已成为了大规模实时阴影绘制的主流算法。针对平行分割阴影图算法存在首个分割区域过小,而方差阴影图存在"光渗"问题,细致分析了在大规模场景中,实时阴影绘制的各种改进算法,提出了一种基于平行分割阴影图算法和方差阴影图算法结合的混合算法。实验结果表明,新的混合算法既提高了阴影绘制效率,又明显改善了阴影的质量。     

细分曲面的有序邻接顶点表数据结构*

细分曲面的实现过程中使用的网格数据结构都是基于边的结构,它们只是提供了一种通用的网格遍历方法;而对于细分曲面来说,基于顶点和多边形的网格表示却是更合理有效的选择。给出了一种适用于细分曲面的数据结构OAVL,它具有简便易于实现的特点,可以方便地获取网格中邻接顶点、边和面的信息,并且具有较高的空间效率,最后分析了基于OAVL的细分曲面的存储。     

基于边光滑度的Loop自适应细分曲面算法

首先研究了传统的Loop细分曲面算法,通过分析发现随着细分次数的增多细分算法中三角形网格片数增长过快。针对这一问题提出一种自适应细分曲面算法。算法根据相邻两个三角形面上的法向量的夹角,判断细分网格中较为光滑和非光滑的区域。实验结果表明,算法提高了数据处理速度,并且模型简单易实现。     

基于GPU的视点相关自适应细分

利用GPU的强大浮点数计算能力和并行处理能力,提出一种完全基于GPU的视点相关自适应细分内核进行快速细分计算的方法.在GPU中,依次实现视点相关的面片细分深度值计算、基于基函数表的细分表面顶点求值、细分表面绘制等核心步骤,无须与CPU端系统内存进行几何数据交换.视点相关的自适应细分准则在表面绘制精度保持不变的情况下,有效地降低了细分表面的细分深度和细分的计算量,在此基础上完全基于GPU的细分框架使得曲面细分具有快速高效的特点.该方法还可以在局部重要细节用较大深度值进行实时自适应细分,以逼近极限曲面.     

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.     

可调自适应三角网格的细分曲面造型方法

为了研究一种简单的有效的细分曲面方法使生成的曲面不仅光滑而且可调,提出了一种面向三角网格的可调自适应细分曲面造型法,该方法通过在传统的Loop细分模式中加入形状控制因子以使生成的曲面形状可调,同时引入二面角作为控制误差来判断相邻三角形夹角是否满足给定的阈值,以此实现自适应细分过程。模拟算例结果表明,该方法不仅能用较少网格获得性能良好的曲面,而且可以通过选取不同的值调整生成曲面形状,满足工程需要。     

约束自适应Loop曲面细分

自适应细分已经被广泛应用于曲面细分领域以减少不需要的细分次数和细分面数。但是目前自适应细分都存在不同细分层次之间的裂缝拟合问题,造成了不同细分层次之间的曲面无法光滑连接,对此提出一种基于中分面的约束应细分方法。该方法的主要思想是通过对深度较高区域的1邻域三角形平分,根据产生裂缝的个数,将插入点与其1邻域的网格相连,从而降低高细分区域与低细分区域的深度差,达到不同细分程度光滑过度的细分效果。     

散乱数据点的细分曲面重建算法及实现

提出一种对海量散乱数据根据给定精度拟合出无需裁剪和拼接的、反映细节特征的、分片光滑的细分曲面算法．该算法的核心是基于细分的局部特性,通过对有特征的细分控制网格极限位置分析,按照拟合曲面与数据点的距离误差最小原则,对细分曲面控制网格循环进行调整、优化、特征识别、白适应细分等过程,使得细分曲面不断地逼近原始数据．实例表明：该算法不仅具有高效性、稳定性,同时构造出的细分曲面还较好地反映了原始数据的细节特征。     

硬件支持下的实时毛发动画

长期以来，由于图形硬件提供的能力有限，毛发动画一直只能限制在非实时动画创作领域之中。现在，随着图形硬件技术的发展，特别是可编程图形硬件的出现，实时毛发动画技术已趋成熟，逐渐进入实用阶段。本文在回顾毛发动画技术发展历程的基础上，结合当前的图形硬件发展水平，从建模，渲染与动画三个方面分别论述了实现实时毛发动画的相关算法与技术。     

GPU Tessellation全球地形可视化方法

目的 目前全球大规模地形可视化问题基本都衍生于分块LOD(level of detail)方法,该方法在快速地表漫游中依然存在GPU-CPU的数据传输瓶颈,其基于裙边的缝隙修复方法既需要额外资源,还存在依然无法完全消除的痕迹。为解决这些问题,提出了一种GPU网格生成的地形可视化方法。方法 结合GPU Tessellation方法、基于视点与屏幕空间误差的LOD方法、局部坐标系渲染等算法,使得全球地形可视化的生成效率有明显提高。结果 实现了一个全球地形可视化系统GTVS,提供全球高精度地形数据与多分辨率高清卫星影像数据的调度与渲染等。论文对该系统进行了详实的实验和数据分析,相比传统基于GPU的分块LOD方法,FPS(frames per second)提升100%以上,很好地解决了系统瓶颈问题。结论 结果表明所提方法实用、鲁棒、扩展性好,可广泛地适用于大规模的全球渲染系统中。     

混合网格的可调细分算法

论文主要研究混合网格的曲面细分问题,提出了一种带有可调参数的细分算法。该算法适用于多边形网格、三角形网格,以及两者的混合网格情形,且对开的和闭的拓扑结构都能进行处理。由于在算法中引入了可调参数,这样既可产生光滑曲面,也可产生具有尖锐特征的曲面,且通过调整参数还可产生标准的Catmull-Clark细分和Loop细分。另外,实现该算法不需要复杂的数据结构。     

利用GPU实时绘制水墨画效果

系统可实时绘制中国山水画中常见的物体并生成视频输出，它包括5个模块：多通道技术和新型国画山光照模型的山峦绘制模块、基于位移映射的云层模拟、基于纹理运动的瀑布绘制模块、基于广告牌技术的树木绘制模块和实时视频输出模块．前面4个模块利用GPU可编程特性控制其流水线，对任意三维场景，可实时绘制水墨画效果；用户可根据需要对系统中的各个绘制模块进行配置并实时漫游．     

曲线插值约束的LOOP细分曲面

提出基于Loop细分方法的曲线插值方法,不需要修改细分规则,只需以插值曲线的控制多边形为中心多边形,向其两侧构造对称三角网格带,该对称三角网格带将收敛于插值曲线。因此,包含有该三角网格带的多面体网格的极限曲面将经过插值曲线。若要插值多条相交曲线只需在交点处构造全对称三角网格。运用该方法可在三角网格生成的细分曲面中插值多达六条的相交曲线。     

Displaced subdivision surfaces of animated meshes

This paper proposes a novel technique for converting a given animated mesh into a series of displaced subdivision surfaces. Instead of independently converting each mesh frame in the animated mesh, our technique produces displaced subdivision surfaces that share the same topology of the control mesh and a single displacement map. We first propose a conversion framework that enables sharing the same control mesh topology and a single displacement map among frames, and then present the details of the components in the framework. Each component is specifically designed to minimize the shape conversion errors that can be caused by enforcing a single displacement map. The resulting displaced subdivision surfaces have a compact representation, while reproducing the details of the original animated mesh. The representation can also be used for efficient rendering on modern graphics hardware that supports accelerated rendering of subdivision surfaces.     

自适应细分技术研究进展

对自适应细分及其需要解决的关键技术作了详细的探讨,对已有的自适应细分技术进行了比较归类,并基于对具体算法的实现列举了各种各样的实例．最后指出自适应细分技术存在的问题及其可能的解决途径,以及未来的发展方向．     

基于GPU和粒子系统的三维火焰模拟

基于粒子系统的火焰模拟是可视化仿真中的一个重要环节。目前,一些火焰模拟方法中的不足之处在于粒子计算时间长、渲染效果不真实等。基于粒子系统提出了一种三维火焰模拟算法,并利用GPU加以实现。其基本思想是运用物理动力学原理分析现实生活中的火焰运动,构建出火焰粒子系统模型并实现火焰的三维效果。实验表明,用该方法模拟火焰效果比较真实、速度快,在PC上可以得到令人满意的效果。