聚类立即辐射度及在增强现实中的应用

提出一种聚类立即辐射度方法,以实现增强现实等领域需要高度真实感的全局光照算法来实现实时交互的绘制效果要求。为此,改进了传统的立即辐射度方法,将大量的用于表达间接光照的虚拟点光源聚类到少量的虚拟面光源中,并使用实时软阴影算法快速计算可见性。同时,借助图形硬件GPU加速场景绘制。实验结果表明,算法在增强现实环境等领域中支持完全动态场景,且在保证良好视觉效果的前提下获得了实时绘制帧率。     

曲面环境的一般辐射度方法

基于两微面元间的能量传递理论,本文提出了一种适用于曲面环境的一般辐射度方法.与传统辐射度方法不同的是,本方法假定每一面片上的辐射度是变化的,并引入双线性插值将辐射度系统方程中未知数转化为各面片顶点处的辐射度,从而建立起一整套辐射度系统方程.同时,该一般辐射度方程被拓广至非漫射环境,并导出了一组描述多重镜面和透明面间光能传递的递推公式.理论分析与实验结果证明该方法具有很大的潜力.     

一种基于GPU的预计算辐射度传递全频阴影算法

针对基于CPU的实时渲染全频阴影算法中内存使用效率低下、CPU运算能力消耗严重等问题，提出了基于GPU的改进算法．在预计算过程中使用基于小波变换的预计算辐射度传递（PRT）算法生成PRT矩阵，然后将其编码为易于被GPU使用的稀疏形式；在渲染过程中使用具有高度并行性的片断渲染器程序进行稀疏矩阵向量快速乘法计算，以求得最终渲染结果．相对于目前基于CPU的相应算法，算法充分利用了GPU的并行计算能力，平衡了CPU与GPU之间的负载，并同时降低了内存消耗．在一般情况下，算法可以获得超过一个数量级的性能提升．     

真实感图形渲染算法的研究与实现

真实感图形是一种计算机图形生成技术,其关键技术主要包括光照模型、渲染算法、纹理映射、材质设置、颜色量化等方面。本文主要就我们开发的交互式真实感图形渲染系统中采用的各种渲染算法(深度缓冲算法、光线跟踪和辐射度算法)作详细介绍。     

辐射度场景中双向纹理函数表面的绘制

双向纹理函数(BTF)表面一般采用点采样数据来定义表面的光照属性,因而这类表面很难运用基于面片分割的辐射度方法进行绘制,提出一种将辐射度算法扩展到包括BTF表面场景的有效方法.对表面的BTF样本区域首先进行像素聚类,再在各个像素类内对视线采样方向做进一步自适应的聚类,在各个视线类内像素分别拟合一个低频光照甬数,并求它们在各个视线类内光照细节的高频光照函数.低频光照函数作为该表面区域的平均反射属性参与辐射度计算,生成场景的整体光照效果;然后利用计算的辐射度值和高频光照函数重建该表面区域的BTF材质细节.文中方法不仅取得了较高的压缩效率,而且在BTF材质表面产生了辉映等全局光照效果.最后利用硬件实现了视点快速改变时的场景绘制.     

虚拟场景实时渲染软件优化方法

针对影响虚拟场景实时渲染速度与场景精细度的矛盾,研究了虚拟场景实时渲染的软件优化方法.对虚拟场景构建的设计阶段进行场景分割与预存储,对建模阶段进行模型与贴图的优化处理,对运行控制阶段进行可见性细节层次设置与多线程控制.使用这些优化方法后,在保持视觉效果的同时,有效降低场景的复杂度,减少硬件设备的负担,从而提高实时渲染的速度与交互操作的流畅性.     

基于图像多目标分割的水墨画风格仿真方法研究

针对传统的多目标分割算法在进行中国水墨画图像分割仿真过程中渲染效果不佳,细节处理粗糙的问题.本文通过数字图像处理方法,根据先验知识将相关物体关联,利用二维多目标图像分割技术寻找分割对象边缘,引入相似度准则获取种子像素生长的起点,采用颜色匹配距离进行相似度区分,有效利用图像空间信息来提升对图像颜色的匹配.通过将本文改进的算法与传统阈值法进行实例验证表明,本文提出的分割算法获得的水墨画仿真图片具备了优异的图画分割渲染,大幅提高了水墨画的细节处理效果的同时,具备了高的运行时效性.     

真实感图形辐射度算法研究——向定辐射度方法

通过对面辐射、面反射和面透射的研究，本文得到了一个新的模拟能量传播方法－有向辐射，本文还给出了一代替半立方体方法计算形状因子的锥算法，结合逐步求精结构，本文提出了一种新的辐射度方法－－定向辐射度方法。     

一种基于GPU硬件加速计算的辐射度实现方法

提出一种新的基于GPU(graphics processing unit)的辐射度方法．该方法利用可编程图形处理单元GPU的并行计算能力,将辐射度方法中形状因子计算以及线性方程组求解的全过程完全在可编程图形硬件中完成,避免了原有基于GPU的辐射度方法需要CPU参与的问题,绕开了计算机主内存与GPU纹理内存之间数据交换的瓶颈;在基于半立方体法的形状因子计算和绘制过程中,解决了基于GPU硬件加速的遍历、分类和累加问题．此外,该方法采用新的矩阵和向量在GPU中的存储方法,利用GPU实现Jacobi迭代法快速求解线性方程组．实验结果证明。该方法能够快速有效地实现辐射度的计算和绘制．     

水面倒影及折射的潜在可视集合预计算

针对大规模场景的水面倒影及折射渲染的可见物体计算问题,提出一种完全基于GPU加速的区域潜在可视集合(PVS)的预计算方法.借助圆盘式水面和模板缓存来统计只在水面部分以倒影方式和折射方式渲染的几何像素值;通过调整计算速度和精度间的场景分割精度、最大误差等参数,缩短了PVS的计算时间.将PVS应用到水面倒影及折射图渲染中,并与已有水面渲染方法进行比较.针对不同场景的测试结果表明,采用文中方法可对常见场景中水面渲染可见物体的计算提供一个良好的解决方案,有效地减少了需要渲染的几何数据的数量,明显地提高了虚拟漫游时场景的渲染效率.     

Multilevel use of coherence for complex radiosity environments

The performance of radiosity algorithms has been improved in recent years by means of using coherence when evaluating the visibility function for form factor computation. We present here a brief characterization of the uses of coherence for this goal. The characterization includes both previously proposed techniques and unexplored ones. Afterwards we propose new uses of coherence for visibility computation in form factor determination and we discuss the results of its implementation.     

Fast,Sub‐pixel Antialiased Shadow Maps

Solving aliasing artifacts is an essential problem in shadow mapping approaches. Many works have been proposed, however, most of them focused on removing the texel‐level aliasing that results from the limited resolution of shadow maps. Little work has been done to solve the pixel‐level shadow aliasing that is produced by the rasterization on the screen plane. In this paper, we propose a fast, sub‐pixel antialiased shadowing algorithm to solve the pixel aliasing problem. Our work is based on the alias‐free shadow maps, which is capable of computing accurate per‐pixel shadow, and only incurs little cost to extend to sub‐pixel accuracy. Instead of direct supersampling the screen space, we take facets to approximate pixels in shadow testing. The shadowed area of one facet is rapidly evaluated by projecting blocker geometry onto a supersampled 2D occlusion mask with bitmasks fusion. It provides a sub‐pixel occlusion sampling so as to capture fine shadow details and features. Furthermore, we introduce the silhouette mask map that limits visibility evaluation to pixels only on the silhouette, which greatly reduces the computation cost. Our algorithm runs entirely on the GPU, achieving real‐time performance and is an order of magnitude faster than the brute‐force supersampling method to produce comparable 32× antialiased shadows.     

基于卷积神经网络的实时环境光遮蔽计算

环境光遮蔽是一种常用于计算机游戏以及可视化领域的低频全局光照模拟算法。已有的基于屏幕空间的环境光遮蔽计算方法虽然保证了计算的实时性,但是存在估计失真以及细节丢失等难以解决的问题。针对该问题,本文提出了一种结合低频光线追踪采样以及蒙特卡罗去噪的算法框架对环境光遮蔽进行实时计算。为了解决传统蒙特卡洛去噪算法无法实时处理的问题,提出了一种基于卷积神经网络的蒙特卡罗去噪算法,并针对问题对网络结构进行了改进和优化。验证实验证明基于卷积神经网络的方法能够对环境光遮蔽的去噪问题进行准确的处理,同时本文对卷积网络的改进在保持精度的基础上显著地提高了计算效率。对比实验显示了本文算法在保持与高频采样光线追踪算法相近效果的前提下可达到与基于屏幕空间环境光遮蔽计算方法相近的每秒数百帧计算效率。     

基于改进光线投射算法的体数据显示

光线投射算法属于直接体绘制（DVR）中应用比较广泛的算法,其优点是绘制质量高,但是存在采样点计算量大,绘制速度慢的问题.针对这一问题,本文利用投射光线在物空间的传递性质,提出了一种改进的计算采样点位置的算法,加快采样点的获取速度,提高图像三维重建的效率.该算法在PC机平台上得到了实现,不仅在图像质量上得到保证而且绘制速度又有很大提高,为图像的三维重建提供了有效的手段.     

A Multiprocessor Implementation of Radiosity

This paper describes a multi-processor implementation of form factor computation in the radiosity method. Form factors are computed using the ray casting method and the algorithm is enhanced with Binary Space Partition (BSP) Trees and bounding boxes. Experimental results are presented together with a discussion of load balance efficiency.     

基于光线相关性的快速光线投射算法

光线投射算法是一种应用广泛的体绘制技术的基本算法，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，以满足医学图像三维重建的应用需求，在深入研究和比较各种光线投射加速算法的基础上，提出了以接近云算法为核心的、适用于医学图像三维重建的综合性加速算法，并在PC机平台上实现了该算法，在保证图像质量的同时绘制速度提高了一个数量级左右，为医学图像三维重建的实用化提供了有效的手段。     

基于多索引树的阴影光线遍历算法

阴影光线求交计算是光线跟踪的重要计算瓶颈。然而,构造一棵能有效剔除阴影 光线冗余求交计算的标准树结构仍然十分困难。为区分遮挡和非遮挡的阴影光线,提出一种基 于多索引树的遍历方法,在节点中增加提升遍历速度的索引。首先,针对遮挡光线为尽快与图 元相交的遍历特征,选择性的将位于叶节点上、对光线遮挡概率高的图元索引到中间节点,促 使光线提前在树中层停止搜索。其次,针对非遮挡光线为尽快搜索最邻近节点的遍历特征,为 底层节点建立邻接索引,减少节点搜索空间。利用帧间相关性预测遮挡类型,采用相应遍历方 法进行针对性的加速。相比专有树结构的遍历算法,该算法将遍历时效率提升 20%以上,具有 更好的遍历性能,且预计算时间更少。     

Visibility Silhouettes for Semi‐Analytic Spherical Integration

At each shade point, the spherical visibility function encodes occlusion from surrounding geometry, in all directions. Computing this function is difficult and point‐sampling approaches, such as ray‐tracing or hardware shadow mapping, are traditionally used to efficiently approximate it. We propose a semi‐analytic solution to the problem where the spherical silhouette of the visibility is computed using a search over a 4D dual mesh of the scene. Once computed, we are able to semi‐analytically integrate visibility‐masked spherical functions along the visibility silhouette, instead of over the entire hemisphere. In this way, we avoid the artefacts that arise from using point‐sampling strategies to integrate visibility, a function with unbounded frequency content. We demonstrate our approach on several applications, including direct illumination from realistic lighting and computation of pre‐computed radiance transfer data. Additionally, we present a new frequency‐space method for exactly computing all‐frequency shadows on diffuse surfaces. Our results match ground truth computed using importance‐sampled stratified Monte Carlo ray‐tracing, with comparable performance on scenes with low‐to‐moderate geometric complexity.     

Time‐Continuous Quasi‐Monte Carlo Ray Tracing

Domain‐continuous visibility determination algorithms have proved to be very efficient at reducing noise otherwise prevalent in stochastic sampling. Even though they come with an increased overhead in terms of geometrical tests and visibility information management, their analytical nature provides such a rich integral that the pay‐off is often worth it. This paper presents a time‐continuous, primary visibility algorithm for motion blur aimed at ray tracing. Two novel intersection tests are derived and implemented. The first is for ray versus moving triangle and the second for ray versus moving AABB intersection. A novel take on shading is presented as well, where the time continuum of visible geometry is adaptively point‐sampled. Static geometry is handled using supplemental stochastic rays in order to reduce spatial aliasing. Finally, a prototype ray tracer with a full time‐continuous traversal kernel is presented in detail. The results are based on a variety of test scenarios and show that even though our time‐continuous algorithm has limitations, it outperforms multi‐jittered quasi‐Monte Carlo ray tracing in terms of image quality at equal rendering time, within wide sampling rate ranges.