使用光子映射渲染参与介质

光子映射是近年发展起来的一种新的全局光照算法。本文依据光子映射对实体物体的渲染,将其扩展到对包含参与介质的场景的渲染,为此提出了一个两路的渲染算法。在第一路中,光子从光源发射,并使用光子追踪来构造体光子图;第二路从视点出发向场景中发射光线,使用光线追踪来进行渲染,其中,根据构造好的光子图,用光线步进进行
行递归的辐射估计,得出最终光强。     

基于光流场的鲁棒性视频水印算法

为改善视频水印抗H.264压缩的性能,提出一种基于光流场的视频水印算法。根据视频图像中各点的光流速度,计算其帧图片的总光流,再根据总光流的差值来选定视频关键帧,在这些关键帧中利用DCT分块变换来嵌入水印信息。实验结果表明,该算法能有效对抗H.264的3种压缩模式,满足了水印的鲁棒性和视频高压缩率的双重要求。     

心脏序列图象光流场运动的相关算法

心脏是人体的重要器官,它的运动与其功能紧密相关,因此在心脏疾病的诊断中,对心脏的运动分析是十分必要的.现代医学成象技术为医生在心脏的整体解剖结构和功能结构等方面提供了全局性信息.针对心脏超声序列图象的特征,相邻两帧图象内移动不大,而其灰度相关性和位置相关性强的特点,本文根据二维序列图象的相关性来跟踪各帧像素点得到序列图象光流场,并与传统方法进行了比较.为了检测本算法的可行性,本文结合临床知识对仿真图象应用相关算法进行了定量分析并获得预期实验结果.     

非经典参与介质的渲染方法研究综述

参与介质在自然界中广泛存在,也是包括影视特效、电子游戏、仿真系统等大多数图形应用中的主要场景元素之一,对其外观的模拟和再现,可以极大地提升场景的真实感和沉浸感.但是由于参与介质本身结构以及光线在参与介质中的传播过程都非常复杂,所以迄今为止,对参与介质渲染的研究都一直是图形领域的热点和难点.为了处理的方便和计算的高效,传统的参与介质渲染方法都基于两点假设:独立散射假设和局部连续假设.这两点假设也是经典的辐射传输方程成立的关键.但实际上,自然界中的很多参与介质都不满足这两点假设,因此导致现有的参与介质渲染方法生成的图片效果和真实世界的效果存在一定的差异.近年来,研究者们提出了各种非经典参与介质渲染方法,试图打破上述的两点假设,用更符合物理客观规律的方式来处理参与介质,从而进一步提升参与介质渲染的物理真实感.从相干介质渲染技术和离散介质渲染技术两方面展开对现有的面向非经典参与介质的渲染方法进行分析和讨论,重点阐述经典和非经典参与介质渲染方法的区别,以及现有非经典参与介质渲染方法的原理、优势和不足.最后,展望一些开放性问题并进行总结.本综述希望能启发相关领域的研究人员进一步攻克非经典参与介质渲...     

基于纹理的多分辨率流场可视化算法

当流场分辨率与屏幕分辨率不一致时,传统的多分辨率纹理绘制算法容易产生纹理走样与细节缺乏问题,为此提出一种基于纹理的自适应多分辨率流场可视化算法.通过定义平流体作为流场的中介表示,准确地跟踪粒子路径.考虑到纹理特征的稳定性,利用纹理空间到平流体空间的映射来执行纹理卷积计算.最后,基于mip-mapping技术自适应地选择合适分辨率的平流体,并对噪声纹理频率进行缩放控制.算法的精确度根据粒子平流位置的累积误差进行客观评价,结合人的视觉感知来测试主观选择与客观评价的一致性.实验结果表明,所提出的算法既能保持较高的精确性,又能完成更高质量的绘制.     

一种基于空间索引技术的全局光照快速绘制算法

在研究分析各种光照模型算法的基础上,提出一个基于对场景空间规则划分索引及建立光粒子空间分布,并以此进行全局光照计算的模型,其中包括提出一种从光源自适应地发射光粒子的模式和基于空间分割索引传播存储光粒子的技术,以及从视点出发的空间索引定位光粒子的收集显示方案.在算法实现的过程中,由于采用了场景空间规则划分的有序索引、对光...     

双层介质光线散射效果的实时绘制

实时绘制光线散射效果是计算机图形学中的一个难点.利用光线散射的特性,提出一种多项式近似的方法;通过解析双层介质光线散射公式,能实现实时地绘制双层介质中不同光源分布、不同介质特性下的光线散射效果.     

GPU单散射并行绘制算法

为了加快介质单散射绘制的速度,提出一种基于GPU的介质单散射并行绘制算法.首先利用光线与场景的交点链表以及光线与介质包围盒的交点计算光线在介质空间中的传播路径;然后进行Ray Marching计算介质单散射光照,使得绘制过程高度并行化.在此基础上,提出图像空间的插值加速算法,利用单散射只与Ray Marching的深度、采样点到光源的距离以及局部介质属性有关的特点,通过定义适当的插值函数在网像空间对像素进行插值,减少Ray Marching的次数,节省绘制时间开销.实验结果表明,文中算法可达到可交互的绘制效率,且不需要预计算,并支持用户在绘制过程中实时修改光照和介质属性,包括各向异性的均匀和非均匀介质.     

一种基于图像的非均匀单散射参与介质建模方法

针对非均匀单散射参与介质建模问题,提出一种能够保持密度场空间变化细节的建模方法.使用体数据、吸收和散射系数之比分别描述参与介质空间变化的密度分布及光线在其内部的传输特性,通过构建采集图像像素值与它们之间的表达式,将建模问题转化为非线性数值优化问题,求最优解.为了解决高分辨率体数据下大量体素密度值同时求解带来的时间开销大及数值不稳定问题,提出一种符合采集图像像素值明暗分布规律的密度场体数据初始化算法和一种多分辨率体数据逐步求精优化算法;为了快速计算大量体素密度值梯度,提出一种基于GPU的多体素并行梯度计算算法.实验结果表明,提出的方法能够根据采集图像重构烟模型,并保持其细节信息.     

一种基于光流场的复杂背景下人脸定位方法

图像中人脸的自动定位和提取是进行人脸识别的首要条件。文章提出了一种基于光流场的复杂背景下人脸定位方法。通过改进的光流场约束方程与帧间差法的结合,确定运动人脸的所在区域。并对所在区域进行图像的操作和处理,提取出人脸图像,最后采用基于Karhunen-Loeve变换的人脸识别技术进行识别。该方法具有快速和准确的特点。     

基于嵌入式GPU的pyramid LK光流法高速计算方法研究

在嵌入式计算平台上实现双向约束LK金字塔高精度光流的实时计算,是该算法能否用于自动驾驶等场景的重要影响因素。为了实现该目的,提出了基于网格划分的特征提取方法及新的双向约束方法;然后设计了动态窗口的金字塔模型,解决了光流计算过程中的负载不均衡问题;最后通过降低计算位宽,使得整体性能获得进一步提升。实验结果表明：在Jetson TX2上,针对真实场景所用的720P视频,所提出方法的性能比OpenCV的GPU版本提升了4.1倍,达到30 fps以上;将采用该方法的SLAM系统成功应用于车载场景并在真实环境中测试,使得系统的性能达到了28 fps。新方法有效地提升了位姿和点云的精度,较好地满足了车载场景的实时处理需求。     

基于遮挡修补的TV-L1光流算法

当前比较流行的TV-L1光流算法,在不失精确度的前提下,能够利用双向求解机制来降低运算量,但无法有效地处理由间断、遮挡等因素造成的错误光流分量的缺陷。通过前向光流和后向光流的运动一致性理论来判断遮挡区域的光流分量,通过单调递减函数对遮挡区域进行处理,抑制了遮挡区域错误光流对邻域的扩散,提出了同帧邻域光流的横向修补和相邻帧光流的纵向修补。实验表明,该方法能够很好地处理遮挡情况,提高了光流的计算精度。     

并行马尔可夫随机场计算变分光流方法

目的 基于马尔可夫随机场（MRF）的变分光流计算是一种较为鲁棒的光流计算方法,但是计算效率很低。置信传播算法（BP） 是一种针对MRF较为高效的全局优化算法。本文提出一种MRF变分光流计算模型并采用并行BP方法实现,极大提高计算效率。方法 提出的MRF变分光流计算模型中的数据项采用了Horn等人根据灰度守恒假设得到的光流基本约束方程,并采用非平方惩罚函数进行调整以平滑边界影响。为在CUDA平台上实现高效并行处理,本文提出了一种优化的基于置信传播的MRF并行光流计算方法。该优化方法在采用置信传播最小化MRF光流能量函数时,采用了一种4层的3维网络结构进行并行计算,每层对应MRF4邻域模型中的一个方向的信息传播,同时在每层中为每个像素分配多个线程采用并行降维法计算所要传递的信息,大大降低单线程计算负荷,大幅度提高计算效率。结果 采用旋转小球图像序列进行实验,计算效率提高314倍;采用旋转小球、Yosemite山谷和RubberWhale 3种不同图像序列,与Horn算法、Weickert算法、Hossen并行Lucas算法、Grauer-Gray并行MRF算法进行对比实验,本文方法得到最低的平均端点误差（AEE）,分别为0.13、0.55和0.34。结论 本文提出了一种新的MRF光流计算模型,并在CUDA平台上实现了并行优化计算。实验结果表明,本文提出的并行计算方法在保持计算精度的同时极大提高了计算效率。本文方法对内存需求巨大,在处理高分辨率图像时,限制了采样点数,难以计算大位移。     

均匀参与介质的渲染方法研究

参与介质在现实世界中广泛存在,光线在参与介质中的传播过程比在表面上的传播过程更加复杂,比如在高度散射参与介质中会发生成千上万次反射、在低散射参与介质中由于表面聚集出现体焦散效果,从而使得光线的模拟过程非常耗时。目前常用的方法包括点、光束和路径统一模型法（unifying points,beams and paths,UPBP）以及流型探索梅特罗波利斯光线传递方法（manifold exploration Metropolis light transport,MEMLT）等,这些方法在一定程度上改进了原有方法,但是在一些特殊情况下仍然需要很长时间才能收敛。本文介绍几种针对均匀参与介质的高效渲染方法。1）基于点的参与介质渲染方法,主要通过在参与介质内分布一些点来分别加速单次、二次和多次散射的计算,在GPU （graphics processing unit）实现的基础上,最终达到可交互的效率,并且支持对任意的均匀参与介质的编辑。2）基于多次反射的预计算模型,预计算出无限参与介质中的多次散射分布,通过分析光照分布的对称性,将该分布的维度从4维减低为3维,并且将该分布应用到多种蒙特卡洛渲染方法中,比如MEMLT、UPBP等,从而提高效率。3）参与介质中的路径指导方法,通过学习光线在参与介质中的分布,该分布用SD-tree （spatial-directional tree）来表示,与相位函数进行重采样来产生出射方向。以上3种方法分别从不同角度加快了参与介质的渲染效率。     

一种改进的帧间差光流场算法

结合运动目标检测帧差法运算速度快和光流法活动目标检测准确度高的特点,提出一种改进的帧间差光流场计算的运动目标检测算法。在帧差部分采用隔帧差分从而可以检测到帧间位移小于1个像元而多帧累积位移大于1个像元的运动点目标;在光流计算时,引入通用动态图像模型（GDIM）建立新的光流约束条件,克服了亮度变化引起的约束方程不成立问题。算法仅对帧差法后图像中不为零的像素进行光流场计算,提高了目标检测的准确性和检测速度。仿真实验证明了该算法的有效性。     

Adaptive lattice‐based light rendering of participating media

The visual world around us displays a rich set of light effects because of translucent and participating media. It is hard and time consuming to render these effects with scattering, caustic, and shaft because of the complex interaction between light and different media. This paper presents a new rendering method based on adaptive lattice for lighting participating media of translucent materials such as marble, wax, and shaft light. Firstly, on the basis of the lattice‐based photon tracing model, multi‐scale hierarchical lattice was constructed by mixed lattice types sampling combined cubic Cartesian and face‐centered cubic with view‐dependent adaptive resolution. Then, an adaptive method to trace diffuse photons and marked specular photons with different phase functions was suggested. Multiple lights and heterogeneous materials were also considered here. Further, the mixed rendering method and GPU accelerate technology were introduced to render different light effects under different participating media. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种针对大尺度运动的快速光流算法

传统的光流法必须满足一致连贯性假设,不适用于大幅度运动目标的跟踪。为克服复杂场景下,大尺度运动中目标位移量超出特征跟踪窗口带来的光流计算问题,提出了一种针对大尺度运动的快速光流计算方法。引入图像金字塔模型,利用基于多尺度分层的金字塔结构和光流映射变换,实现小窗口捕获大运动。同时,采用非极大值抑制方法保留图像自相关矩阵的大特征值,得到的强角点作为特征点,降低了光流计算的时间开销。实验结果表明,提出的方法在复杂场景和运动条件下,可准确快速地计算出表征目标运动方向和速率的光流矢量,具有较高的鲁棒性和实时性。     

Image-based modeling of inhomogeneous single-scattering participating media

We propose a method to reconstruct inhomogeneous single-scattering participating media, which could preserve fine high-frequency details of density field.Volumetric data and the ratio of absorption coefficient to scattering coefficient are used to describe the spatial-varying density distribution and optical properties of certain participating media, and a function between the above parameters and captured pixel values is built.Thus the problem of how to find solutions to these parameters is formulated into...