基于动态纹理技术的实时森林绘制

研究实时绘制森林动态场景问题,由于森林形状复杂,实时性差,针对风力作用下的大规模森林动态场景,提出图像变形方法和动态纹理技术的森林绘制方法。使用二维图像变形技术实现树木图像在风力作用下的变形;通过将树木变形结果预计算为复合纹理,减少渲染时计算量;在实时渲染过程中,根据当前风力,选择最相近的纹理内容,通过使用动态纹理技术实时更新至Billboard;并结合顶点偏移法一起实现树木模型在风力作用下的动态运动;为加速绘制效率,利用图形硬件加速复合纹理的选择和Billboard的顶点计算。对于上万株规模的动态森林场景,通过改进方法可以实现实时绘制。     

一种基于NPR的虚拟环境生成方法

非真实感绘制(NPR)为传统虚拟现实技术的使用开辟了新的空间。针对传统基于图像的绘制无法满足艺术风格虚拟环境需要的问题,通过将非真实感绘制技术引入虚拟场景构建中,提出了一种基于非真实感绘制的虚拟环境生成方法。该方法首先通过计算结构张量刻画图像局部结构,并采用全变分偏微分方程自适应滤波处理来得到平滑张量场;然后在此基础上采用线积分卷积指导画笔走向来模拟生成线条波动感艺术图像;最后将其融入3维场景来生成可漫游的艺术感虚拟环境。实验结果表明,采用该新算法不仅可以较好地模拟线条波动感艺术图像,而且可实现艺术风格虚拟环境的构建。     

真实感雾的实时绘制

提出了一种真实感雾的实时绘制新方法,该方法对以刻画光能穿过雾这类参与介质发生的吸收、自发射、散射和内散射等光学现象的光能传输方程进行一定的近似,利用余弦函数并通过改变其中的相位参数作为衰减系数实现了非均匀、多层次的静态与动态真实感雾的实时绘制。     

非真实感绘制中轮廓线检测技术综述

轮廓线技术在非真实感绘制中占有重要地位。它的表现不仅关系到非真实感绘制最终效果的好坏,而且也是实时绘制应用中一个提高速度的关键。本文介绍了非真实感绘制中流行的和最新的轮廓线检测技术,结合可见性问题来讨论轮廓线检测的算法和技术,并对这些算法和技术进行了分类与分析,总结了其优缺点和适用场景。     

日光照射场景真实感图形的混合绘制方法

由于日光模型的复杂性,逼真地绘制日光照射下户外场景的真实感图像是一个困难的问题。目前的绘制方法或者因为采用的模型过于简单而真实感程度差,或者绘制过程过于复杂耗时而影响其应用。应用图像相似度理论,提出了一种综合使用基于几何和基于图像的混合绘制方法。绘制过程分为两步,首先,使用简单的光照模型近似绘制场景,然后,采用基于图像的绘制和处理方法补充第一步无法表现的效果。由于采用了基于图像相似度理论的方法,能够克服基于图像绘制技术需要处理巨大数据量的缺点。用这种两步法绘制自然光照下的户外景物,只需要简单的光照模型和物体材质属性以及很少的数据存储量。该方法在真实感程度、绘制速度和数据存储量三者间取得了比较好的平衡,绘制建筑物的实验证明了方法的有效性。     

真实感海底场景的实时绘制

海底场景的仿真对于动画游戏、海洋勘测、航海驾驶、灾害救援等有着重要的应用意义。由于涉及更加复杂的海水与光线、地形等的交互,海底场景中的复杂刻蚀、光束、散射等效果是实时绘制海底场景的难点。基于海底环境的物理机理,首先提出基于线框绘制模式结合高斯滤波的方法来模拟精细的刻蚀效果,采用贴近真实的散射相位函数计算海底散射来模拟水下海水颜色,采用柱面组织的光束算法来模拟海底光线效果,并进一步给出一种基于空间划分的海底场景绘制优化方案,最后基于GPU加速技术实现了不同情况下的真实感海底场景的实时绘制。     

多关联性虚拟现实系统的设计与实现

在介绍虚拟现实系统位置关联、时间关联、焦距关联和虚化关联的基础上,研究了基于图像的多关联性虚拟现实系统的设计。针对虚拟场景焦距关联的需要,在考虑场景真实性和实时性的基础上,采用基于熵变分分辨率增强和线性插值相结合的方法生成任意焦距下场景对应图像;对于时间关联,采用基于颜色传输的光照变化图像生成方法,实现不同光照条件下场景图像的生成;针对场景虚化关联的需要,结合非真实感绘制技术,采用真实感全景图像和波动感虚化特效图像相结合的方法,实现超越现实时空的场景虚化关联。在此基础上,给出了多关联性虚拟现实系统的构建框架。     

非真实感绘制技术研究现状与展望

非真实感绘制技术（non-photorealistic rendering, NPR）主要用于模拟艺术风格、表现艺术特质和传达用户情感等,是计算机图形学的重要组成部分,其研究对象逐渐丰富,研究方法不断创新。本文从基于图像建模的绘制方法、基于深度学习的绘制方法、中国特有艺术作品的数字化模拟、非真实感情感特征识别以及非真实感视频场景绘制等5个方面概述目前研究进展,然后从扩展非真实感研究对象、增强视频绘制帧间连贯性、提取艺术风格情感特征以及评价非真实感绘制结果等4个角度讨论需要进一步研究的问题。针对需要深入研究的问题,指出提高算法的通用性和绘制效率,以及提高深度学习网络的泛化性,有助于扩展研究对象,模拟艺术风格的多样性,同时减小视频场景的帧间跳变;对艺术风格作品具有的情感特征、内在机理特征进行模拟,有助于提高绘制结果与艺术风格图像的相似度;结合主观和客观评价模型,可以更准确地对绘制结果进行评价,同时有利于优化网络模型参数,提高绘制效率。非真实感绘制在计算机视觉、文化遗产保护等领域具有重要的应用前景,但其研究对象、绘制算法、绘制效率仍然存在很多亟待解决的问题,随着硬件设备的不断改进,综合运用学科交叉知识、扩展应用领域将进一步推动非真实感绘制技术的发展。     

基于OpenGL的三维地形场景绘制及并行方法探讨

三维地形场景的真实感绘制常被应用于一些大规模综合分布仿真系统中.这些仿真系统有时有并行绘制的需求,例如远程显示场景等.而OpenGL作为一种开放式的图形工业标准,利用它可以方便高效地实现三维场景的真实感绘制.本文在分析OpenGL内在特点的基础上,举例说明基于OpenGL的三维地形场景真实感绘制的一般过程,然后讨论基于局域网的OpenGL三维地形场景真实感绘制程序的并行方法.     

基于图像绘制的非照相真实感场景绘制技术研究

本文对虚拟环境中非照相真实感场景绘制技术进行了分析，通过基于图像绘制解决了在柱面全景图场景绘制过程中未解决的交互性及帧与帧之间连贯性的要求。利用簇集图画和分片图画实现了纹理映射中图画尺寸控诉，同时对场景绘制中纹理内存管理提出了解决方案。     

Computer-Generated Graphite Pencil Rendering of 3D Polygonal Models

Researchers in non-photorealistic rendering have investigated the display of three-dimensional worlds using various display models. In particular, recent work has focused on the modeling of traditional artistic media and styles such as pen-and-ink illustration and watercolor painting. By providing 3D rendering systems that use these alternative display models users can generate traditional illustration renderings of their three-dimensional worlds. In this paper we present our graphite pencil 3D renderer. We have broken the problem of simulating pencil drawing down into four fundamental parts: (1) simulating the drawing materials (graphite pencil and drawing paper, blenders and kneaded eraser), (2) modeling the drawing primitives (individual pencil strokes and mark-making to create tones and textures), (3) simulating the basic rendering techniques used by artists and illustrators familiar with pencil rendering, and (4) modeling the control of the drawing composition. Each part builds upon the others and is essential to developing the framework for higher-level rendering methods and tools. In this paper we present parts 2, 3, and 4 of our research. We present non-photorealistic graphite pencil rendering methods for outlining and shading. We also present the control of drawing steps from preparatory sketches to finished rendering results. We demonstrate the capabilities of our approach with a variety of images generated from 3D models.     

Shape and tone depiction for implicit surfaces

We present techniques for rendering implicit surfaces in different pen-and-ink styles. The implicit models are rendered using point-based primitives to depict shape and tone using silhouettes with hidden-line attenuation, drawing directions, and stippling. We present sample renderings obtained for a variety of models. Furthermore, we describe simple and novel methods to control point placement and rendering style. Our approach is implemented using HRBF Implicits, a simple and compact representation, that has three fundamental qualities: a small number of point-normal samples as input for surface reconstruction, good projection of points near the surface, and smoothness of the gradient field. These qualities of HRBF Implicits are used to generate a robust distribution of points to position the drawing primitives.     

一种流体艺术风格的自适应LIC绘制方法

把LIC算法应用到非真实感绘制中,提出一种自适应流体艺术图的LIC绘制方法.对源图像亮度分量计算切矢量场,然后对其进行增强、平滑处理获得结构矢量场;通过随机扰动源图像获得纹理参考图像;根据结构矢量场和纹理参考图像的局部特征产生可变的LIC积分步长和步数,自适应地处理纹理参考图像;最后对绘制效果进行颜色渲染,生成具有丰富颜色特征的流体艺术图.实验表明,该方法能够较好地模拟诸如梵高画的流体艺术风格,呈现生动、灵活的波动感.     

面向数控加工仿真的实体差集快速绘制方法

为了提升数控加工仿真速度,提出一种实体差集快速绘制方法。通过对参与运算的实体进行空间分割,实现基于图元的绘制,达到降低问题规模,快速生成实体布尔差绘制图像的目的。通过对视景体进行相应分割,减少绘制序列中刀具扫描体数目和基本图元的重复绘制,提升绘制效率。同时,子视口的数据在绘制过程中具有独立性,便于子视口内的图像的并行生成。实验验证了该方法能达到数控加工仿真的实时绘制,并对该算法中的各个参数进行了分析和试验验证,给出了几个工业零部件的加工仿真结果。     

虚拟环境中森林植被的实时可视化技术研究

森林植被的实时可视化技术是复杂虚拟环境渲染的重要组成部分,也是影响虚拟环境逼真度的重要因素。森林植被绘制的实时性是制约VR应用的重要方面。论文综述了虚拟环境中植被可视化的研究成果,对所有的技术方法的优、缺点和应用范围进行了分类比较。最后,展望了植被可视化技术的发展趋势。     

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.     

三维虚拟场景绘制加速技术综述

加速三维图形的绘制对三维虚拟场景的交互式生成有重要作用。该文结合三维图形绘制流水线，概括了提高绘制性能的途径，综述了可见性处理、细节层次方法、基于图象的绘制以及大型几何数据库的操纵等主要的绘制加速技术。     

D3DPR:基于Direct3D9的并行图形绘制系统

根据Direct3D9图形库的特征,提出了支持Direct3D9应用程序级透明并行图形绘制系统D3DPR的系统结构及其实现原理.D3DPR分为资源分配和资源绘制2类逻辑节点.通过资源分配节点并行图形库DPGL的截取技术和资源绘制节点的重构技术,任何单机的Direct3D9应用程序都不需要经过修改即可实时转变为由PC集群并行绘制,从而得到更高的绘制性能和高分辨率的多屏拼接显示效果,为用户提供具有更强真实感和沉浸感的虚拟环境.     

Walk-Through Illustrations: Frame-Coherent Pen-and-Ink Style in a Game Engine

In this paper we show how a game engine designed to generate photorealistic images can be extended to produce non-photorealistic and hybrid renditions. We introduce new hardware-based methods to accomplish pen-and-ink illustrations. The combination of the highly optimized processing of a game engine and the use of hardware for NPR algorithms yields real-time animation of pen-and-ink illustrations.
The particular advance of this method is that it yields the first real-time, frame-coherent pen-and-ink animations which maintain both tone and texture.     

基于图象的绘制技术

基于图象绘制技术是实现对虚拟场景建模和实时绘制的新的有效方法,可以克服传统的基于几何绘制方式中建立起初模型的困难和实时绘制计算在的缺陷。本文介绍和分析目前图象绘制技术的一些主要方法,并提出改进途径。