基于八叉树邻域分析的光线跟踪加速算法

八叉树是加速光线跟踪常用的层次划分结构,为加快八叉树跟踪光线的过程,论文 研究了运用八叉树邻域分析提高光线与八叉树节点之间的碰撞检测速度的方法,提出了一种结构 简单、计算效率更高的八叉树节点的邻域分析算法。运用该算法可由现碰撞节点快速计算出下一 碰撞节点,避免了采用大量递归搜索计算,从而提高了图像的渲染速度。实验结果表明,使用论 文提出的邻域分析进行碰撞检测,效率比传统算法提高了3 倍以上,大大提高了光线跟踪的速度。     

基于线性八叉树的快速直接体绘制算法

提出了基于线性八叉树的加速体绘制算法.利用线性八叉树对物体进行空间剖分,光线投射法跨越体数据集中的空体素,以提高绘制的速度.针对光线穿越体数据时的特殊情况,改进线性八叉树邻域查找的方法,特别是不同尺寸的邻域查找方法,克服了层次八叉树邻域查找的低效率,同时提出了光线离开平面的简洁判定方法,方便光线下一个采样点的计算.实验结果表明,该算法能够有效地提高绘制的速度.     

基于深度八叉树的三维数据场LOD可视化

提出了广度八叉树、深度八叉树概念,分析了它们逻辑结构和存储结构,探讨了这两种数据结构在三维数据场可视化中的应用,把深度八叉树应用于三维数据场LOD体绘制算法中。算法在某三维震波数据场进行了体绘制实验,并与传统方法进行了比较分析。结果表明,该方法通过逐层简化细节来减少场景的复杂性,提高了渲染效率,将全局和局部体绘制相结合,既提高了绘制速度,又实现了精细观察。     

基于体绘制的三维云可视化研究

为了模拟逼真的三维云场景,该文针对现有模拟三维云的光照模型实现复杂、计算耗时、不能充分展示三维云物理特性的问题,提出了一种基于体绘制技术的改进光照模型的方法.基本思想是采用体绘制技术,把三维云分成粒子集,引入光线投影算法,通过对现有的多次前向散射光照模型散射次数进行简化和散射分布进行改进,然后运用VC++和OpenGL开发工具,直接从三维数据场中模拟光线在云内部与云中粒子相互作用的细节,实现了三维云的模拟.结果表明该方法实现简便,生成的三维云较好地展示了云的物理特性,达到了理想的可视化效果     

一种基于八叉树空间剖分技术的光线跟踪算法

光线跟踪算法是生成真实感图形的主要算法之一。为了提高光线追踪速度,在研究和比较各种光线跟踪算法的基础上,提出了一种基于八叉树数据结构的光线追踪算法。并结合基于重心坐标系的快速求交算法来提高光线跟踪的求交效率,使用重心坐标来表示包含三角形面片的参数平面,不用像三角形顶点一样需要长期存储,能够快速判定光线与三角形是否相交并计算出交点。实验结果表明,该算法能够在保证图像质量的同时提高绘制速度。     

三维地震数据场的并行体绘制算法

光线投射算法是一种应用广泛的体绘制基本算法,其存在的主要问题是绘制速度较慢.为了提高光线投射算法的绘制速度,利用光线间和光线内的并行性,结合三维地震数据场的特点和文件存储特性,提出了一种基于工作站机群的三维地震数据场的并行体绘制算法.地震油气解释实际应用表明本算法能满足地震解释的要求.     

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。     

一种改进的基于CUDA的纹理映射和光线投射结合的体绘制算法

针对传统的基于GPU的光线投射算法绘制效率较低的问题,利用CUDA架构的并行计算特性和对三维纹理的处理能力进行改进和优化.将体数据映射为三维纹理,利用CUDA三维数组进行存储与绑定,纹理拾取的浮点返回值利用线性滤波进行平滑.在传输函数的设计中引入中心差分梯度幅值增强对体数据边界面的绘制效果.每条光线的求交及颜色积累采用并行计算,按照由前向后进行颜色及不透明度累积.设置不透明度阈值,采用不透明度提前终止加速绘制.实验结果表明,绘制速度较传统的基于GPU算法有10％的速度提升,绘制效果也有很大的改善.     

卫星云图中热带风暴云区的三维绘制技术研究

实现热带风暴场景的模拟对于灾害预防、评估等工作具有十分重要的意义。改进了一种基于图像色彩和灰度值的算法,能够较好地从卫星云图中分割提取出热带风暴的云层区域,进而利用一定规则生成了云区体数据。针对生成体数据的特点,采用了一种改进的快速光线投射算法来完成热带风暴云区的三维绘制,最终实现了对于云区的任意角度实时观察和动态绘制。     

基于体绘制的动态云场景模拟

为了实现动态云场景的创建与绘制,文中提出一种基于体绘制的三维云模拟算法。算法用Perlin噪声干扰椭球模型,得到云场景区域内体素颜色的基本数据,然后对体素颜色进行软化模糊和添加阴影处理,建立绘制区域的云数据模型;同时通过ray casting对绘制区域进行体数据采样渲染,模拟出三维云的效果。仿真实验结果表明：该算法模拟出的云场景可让云形状颜色位置动态改变,也可让视点穿过云层,具有动态和交互效果,是一种可行的动态云场景模拟算法。     

三维有限元数据场体绘制算法的研究

三维有限元数据场包含了庞大的信息量,不易于人们深刻理解和分析。可视化技术将数据场以图形、图像的形式显示出来,揭示出三维有限元数据场中蕴藏的丰富内涵。讨论了三维数据场可视化体绘制中射线跟踪法和直接投影法的优点及不足,提出了将射线跟踪法及直接投影法各自优点结合起来的新算法,应用于三维有限元数据场的体绘制。新算法一方面充分利用场在投影区域上的二维连贯性,每次推进的是一个面片而不是一个孤立的像素点,另一方面针对每个视线段子段,充分利用场在深度方向的连贯性,用分析积分法完成累积光强和透明度计算。算法效率高,统一性强。     

Performance of Space Subdivision Techniques in Ray Tracing

Whilst providing images of excellent quality, ray tracing is a computationally intensive task. The first part of this paper compares the speed-up achieved in ray tracing using various space subdivision algorithms and discusses the implications of implementing the algorithms on parallel processing systems. The second part addresses the problem of building the data structure within the rendering process, a situation which occurs when the rendering process is parallelised and dynamic scenes are rendered. Greater performance can be achieved with dynamic structure building compared to creation of the structure prior to rendering. The dynamic building algorithm proposed reduces the building time and storage cost of space subdivision structures, and decreases the data structure creation-render cycle time, thus enhancing image parallelism performance.     

基于物理的分布并行光线追踪算法

基于物理的光线追踪算法用于从三维场景模型生成逼真的二维图像,光线追踪渲染较为耗时,所以如何提高算法的效率成为研究热点。针对斯坦福大学经典的多线程光线追踪引擎--PBRT,考虑任务划分粒度和负载均衡等因素,基于两级任务划分体系,提出了动态自适应分布式并行光线追踪算法。实验中在保证高质量图像生成的前提下,使用80个CPU核时,改进算法比PBRT原算法获得了近乎线性的加速比。实验结果表明改进算法具有良好的效率和扩展性,能够有效地用于光线追踪成像,提高光线追踪成像效率。     

基于空间网格细分的不规则场景的光线跟踪

针对不规则场景中光线跟踪算法绘制速度慢的问题,在深入学习和比较近些年的光线跟踪加速算法的基础上,提出了一种改进的网格细分的光线跟踪算法。首先,设置矩形场景包围盒,剔除对场景没有影响的外部光线,进而简化求交运算;其次,采用新方法创建空间网格,该方法可使空间单元数量和存储空间复杂度都限定在一定范围内;最后,对网格进行细分,这一步骤消除了传统空间网格算法忽略部分空白区域对加速效果产生的不良影响, 极大完善了传统空间网格算法。通过实验证明,该方法能有效提高光线在空白空间的穿行速度,不仅提高了时间效率,而且减少了空间开销。     

基于结构化粒子模型的云可视化应用

云数据的三维可视化模拟一直是计算机图形学和气象科学领域的研究热点。提出了基于WRF模式数据的建模与渲染技术,以实现真实云数据三维可视化模拟。针对粒子系统建模复杂、实时性差的问题,首先通过计算云粒子之间的相互关系建立结构化粒子模型,实现WRF云数据的建模;然后利用光照模型和公告牌技术对建模粒子进行光照渲染和三维模拟,同时结合Imposter技术提高纹理绘制速度和效果。实验仿真结果验证了该方法在提高云数据的建模与渲染速度,提高云三维可视化的逼真度方面的有效性。     

基于GPU的四维医学图像动态快速体绘制

传统的三维医学图像重建技术无法满足四维医学图像动态重建的需求,而四维医学图像庞大的数据量使传统重建技术很难实现高性能实时绘制.基于以上需求,提出了一种四维医学图像动态快速体绘制方法.首先采用GPU强大的并行计算能力,提出一种基于GPU、利用CUDA技术实现的光线投射算法;然后分析了算法框架、体数据及计算结果的存储策略、...     

光线追踪的OpenCL加速实现研究

目前GPU计算能力让kD-Tree划分实时场景光线追踪并行算法的执行变得更具有可行性。图像处理器(GPU)高效应用于多边形的渲染,GPU内部单元的可编程性已经让其广泛应用于多边形渲染以外的领域。本文详细描述使用OpenCL的kD-Tree遍历算法,对运算占主要部分的相交测试作出改进,同时提高了GPU计算能力与存储器的利用率,从而提升了光线追踪算法效率。     

基于多核CPU+GPU运算的电磁场高效体绘制算法研究

雷达探测范围作为电磁场的一个典型代表,由于其在军事决策时扮演着重要的作用,所以对探测范围可视化的准确性和实时性的要求很严格。传统的面绘制三维数据场信息会造成大量的空间信息丢失。因此,采用体绘制技术来获取电磁场中的三维数据场信息。针对传统体绘制技术算法执行效率较低的问题,提出使用多核CPU+GPU的架构来加速体绘制,从而实现实时处理。实验表明,采用提出的方法可以大幅减少体绘制中光线绘制的时间,充分利用CPU的空闲存储资源和计算资源。