Continuous Levels‐of‐Detail and Visual Abstraction for Seamless Molecular Visualization

Molecular visualization is often challenged with rendering of large molecular structures in real time. We introduce a novel approach that enables us to show even large protein complexes. Our method is based on the level‐of‐detail concept, where we exploit three different abstractions combined in one visualization. Firstly, molecular surface abstraction exploits three different surfaces, solvent‐excluded surface (SES), Gaussian kernels and van der Waals spheres, combined as one surface by linear interpolation. Secondly, we introduce three shading abstraction levels and a method for creating seamless transitions between these representations. The SES representation with full shading and added contours stands in focus while on the other side a sphere representation of a cluster of atoms with constant shading and without contours provide the context. Thirdly, we propose a hierarchical abstraction based on a set of clusters formed on molecular atoms. All three abstraction models are driven by one importance function classifying the scene into the near‐, mid‐ and far‐field. Moreover, we introduce a methodology to render the entire molecule directly using the A‐buffer technique, which further improves the performance. The rendering performance is evaluated on series of molecules of varying atom counts.     

基于细节特征的高动态范围图像获取算法

为了解决真实场景的动态范围与数字图像的动态范围不匹配的问题,提出一种基于细节特征合成的高动态范围图像获取算法。该方法首先提取多幅不同曝光的低动态范围图像的细节特征,细节特征值越大表明所含细节信息越多,然后将归一化的特征值作为权重,合成多幅低动态范围图像,得到一幅高质量的合成图。实验表明,该算法能得到一幅含有较丰富细节特征、动态范围较广的图像,合成图像不需要色调映射就可以较好地在低动态范围显示器上直接显示。     

基于分块的大规模地形实时渲染方法

将地形数据分块技术、层次细节模型（LOD） 技术、改进的ROAM 算法和数据预取技术等相结合,提出了一种超大规模地形数据实时渲染方法.通过分块策略对规则网格进行区域分割,采用空间填充曲线对分块网格进行多分辨率排列,并建立三角形节点顺序与剖分点之间对应关系的快速检索,实现数据快速调度;视见体投影简化分块裁剪算法降低可见性判断的复杂度,提高了计算效率;改进的四队列ROAM实时构网算法,很好地利用了相邻帧的相关性,有效地提高了渲染速度;基于视点预测、部分数据常驻内存的多线程数据预取实现了场景规模基本不相关的连续LOD实时渲染.实验结果表明,该算法高效可行,适合于海量地形场景的快速渲染和交互漫游应用.     

机械零件刚度的模糊可靠性设计

介绍了机械零件刚度模糊可靠性设计变形分布参数和刚度隶属函数的确定,导出了零件刚度模糊可靠度的计算公式,并通过机床主轴模糊可靠性设计实例说明机械零件模糊可靠性的计算方法.     

细节保护的流体表面绘制方法

为了在流体仿真中实现逼真的可视化效果,有效地保护流体表面细节,提出一种面向粒子流体的表面绘制方法.首先定义了一个自适应标量场计算模型,用自适应的椭球型核函数取代传统的球型核函数,并通过约束校正的方法获得自适应的粒子半径;为了降低内存消耗,提出表面粒子提取方法,根据粒子的数量自动计算网格的分辨率,并仅在接近表面的粒子上生成标量场;在绘制阶段,将场景中物体的几何绘制与光照计算解耦和,在着色中采用屏幕空间的折射与焦散方法.实验结果表明,在不同规模的粒子流体场景中,该方法都具有很好的可视化效果和性能.     

面向移动终端的分布并行化渲染

目的 随着移动互联技术和实时渲染技术的快速发展,面向移动终端的3维展示提供了远程交互式的模型渲染,但较高的渲染计算复杂度与较大的数据处理规模,影响了移动终端3维展示的渲染质量和实时性。针对以上不足,提出一种面向移动终端的分布并行化渲染方法。方法 该方法将渲染任务分布到服务端与终端,服务端采用层次细节模型控制场景复杂度,生成初次渲染图像;终端采用基于图像的渲染技术再次绘制图像,提高渲染质量,同时在渲染过程中利用CUDA(compute unified device architecture)并行计算加速渲染数据处理。结果 本方法有效提高了渲染速度,降低了数据传输量,并保证了图像质量,帧率和数据传输量优化了大约10.8%。结论 本文方法为面向移动终端的3维展示提供了很好的解决途径,在移动网络环境中,能够有效降低服务端负载压力,提高资源利用率并改善用户体验。     

一种基于层次细节技术的植物形态系统模型优化算法

基于层次细节LOD(Level of Detail)技术,在植物形态系统的精度控制中,提出一种以植物投影在视平面上的面积作为等级控制计算依据的算法,新算法使得视觉重要度大的区域拥有较高的分辨率,可以更加准确地选择合适的植物精度进行绘制。通过实例分析验证了该算法的有效性的和实用性,从而保证了树木形态生成的真实性和实时性;并将此算法运用到植物群的实时仿真中进行群体优化,获得了满意的视觉效果和处理速度。     

高精度高速度曲面建模的3维地表模拟和漫游算法

三维真实感地形场景是生态系统模拟、虚拟地理环境和三维GIS不可或缺的要素,而高精度高速度曲面建模方法可以动态实时构建高精度曲面模型。论文引入高精度高速度曲面建模方法,提出了一种可以动态生成地表模型并实时绘制和漫游三维真实感地表的方法。该方法实时动态建立高精度DEM,结合改进的视点依赖多分辨率绘制方法,随视点改变动态重建并绘制当前DEM。首先建立当前可见场景的DEM,然后通过依赖于视点的简化等处理建立层次细节模型,进行实时场景绘制和漫游,随视点改变,在当前场景基础上动态加点和减点更新DEM及层次细节模型,生成当前可见场景,以次循环。实例测试表明,算法可产生真实感较强的场景,实时漫游效率较高,模拟精确。     

基于Wang Tiles的几何纹理合成

提出了一种基于Wang Tiles的几何纹理合成方法来在不同物体表面上即时地生成几何纹理.首先根据给定的几何纹理预计算出一组Wang Tiles,然后用这组Wang Tiles在不同的目标物体上即时生成新的几何纹理.尽管基于Wang Tiles的方法已经应用于图像纹理,但由于几何纹理采用了与图像纹理完全不同的表示方式,因此需要用完全不同的方法来处理.采用了基于约束的几何纹理合成技术自动生成几何纹理Wang Tiles,从而保证了生成的几何纹理Wang Tiles在所有排列下都能保持其几何连续性.与现有的方法相比,生成的几何纹理Wang Tiles可以重用到不同的目标物体上,同时占用的存储空间及计算量更小,速度更快.     

基于曲率流的点模型编辑方法*

为了对点模型表面进行保细节的自由形状编辑,提出了一种基于曲率流的点模型形状编辑方法。该方法定义了基于平均曲率流的光顺算子,通过此光顺算子获得点模型不同光滑程度的曲面表示。运用对应曲面上点之间的向量差进行相应几何细节的抽取,在相邻的曲面表示之间将几何细节剥离出来。用户可以在不同的曲面上进行自由形状编辑,而无须关心几何细节。在变形后的曲面上再将相应的几何细节映射回去,实现对模型保细节的变形。实验结果表明该方法是一种有效的点模型造型算法,在变形的同时,有效地保持了模型表面的细节特征。