3D场景渲染的视觉显著性驱动间接光照复用算法

为提高路径追踪渲染3D场景的速度,提出3D场景渲染的视觉显著性驱动间接光照复用算法。首先,根据视觉感知中感兴趣区域显著性高、其他区域显著性低的特点得到场景画面的2D显著性图,该显著性图由图像的颜色信息、边缘信息、深度信息以及运动信息构成。然后,重新渲染高显著性区域的间接光照,而低显著性区域则在满足一定条件的情况下复用上一帧的间接光照,达到加速渲染的目的。实验结果表明：该算法生成画面的全局光照效果真实,在多个实验场景下的渲染速度均有提升,速度最高能达到高质量渲染的5.89倍。     

一种改进的基于图像绘制的镜面反射消除方法

包含镜面反射成分的像素常常出现饱和,导致场景失真。笔者基于图像绘制技术改进了镜面反射消除方法。首先采用格鲁布斯检测法选取像素计算线性系数,然后计算出多幅线性化图像,最后结合图像融合得到漫反射成分估计值,进而消除镜面反射成分。实验表明,该方法能够有效地消除彩色物体表面的镜面反射成分。     

基于图像Warping的空洞填补方法

1 引言 Warping是一种基于图像的绘制方法(Image-Based Ren-dering,IBR)。IBR是近几年来出现的一种新的真实感绘制方法,受到了计算机图形学界研究人员的普遍关注。IBR是通过一组预先获得的图像,根据不同的视点,来产生新的场景画面。与传统的绘制技术相比,IBR具有不需要建立三维模型,图形绘制独立于场景复杂度,既可以使用计算机生成的图像,也可以用实拍的相片,对工作平台的要求较低等优点。 Warping最早用于图像的拉伸、变形,McMillan把Warping用于IBR,其原理是根据源图像各像素对应3D空间点的深度信息,把像素点直接交换到新视点下的图像平面中。由于Warping是针对单张图像进行,将会产生许多空洞,空洞形成的原因主要有两种:一种是画面扩张而产生的空洞,     

基于OpenGL的可复用软构件库与三维交互设计

Intra3D是基于OpenGL的交互式三维图形软件开发工具,其核心是集成了场景数据结构、图形对象、三维交互算法和图形用户界面的C 类库与COM对象库,论述了Intra3D可复用软构件库的体系结构和三维交互设计。软构件库分为基础对象与函数、图形对象、场景图与节点和绘制与交互4层,三维交互着重论述节点的图形交换、鼠标跟踪球算法和3D用户界面设计。     

二次曲面反射和折射场景的快速光线跟踪

镜面反射和折射场景的真实感图形绘制一直是计算机图形学领域具有挑战性的研究课题之一.虽然传统的光线跟踪算法可以绘制出逼真的效果,但是计算量大、耗时长.为了快速地进行真实感图形的绘制,基于光学映射虚对象的概念,提出了一种基于二次曲面(球体、圆柱体等)反射折射场景的快速绘制技术,并给出了求解二次曲面物体反射和折射虚物体的计算公式,由于该技术可利用图形硬件像绘制实际物体一样绘制这些虚物体,从而可实现基于图形硬件加速的快速光线跟踪.实验证明,这种方法可以在普通图形加速卡上实现镜面反射和折射现象的快速绘制,从而极大地提高了真实感图形绘制的速度,特别适用于建筑物漫游、动画和虚拟现实等要求快速绘制的领域.     

虚实融合场景中的深度感知研究综述

混合现实系统可以提供虚拟信息和真实环境实时叠加的虚实融合场景,在教育培训、文物保护、军事仿真、装备制造、手术医疗和展览展示等领域具有十分广阔的应用前景。混合现实系统首先利用标定数据构建虚拟摄像机模型,然后根据头部跟踪结果和虚拟摄像机位置实时绘制虚拟内容并将其叠加在真实环境中,用户通过虚实融合场景中渲染的图形化线索和虚拟物体特征感知其深度信息,但存在用于指导虚实融合场景绘制的视觉规律和感知理论匮乏、图形化线索可提供的绝对深度信息缺失和虚拟物体的渲染维度和特征指标不足等问题。本文分析了面向虚实融合场景绘制渲染的视觉规律,从用户感知的角度出发,围绕虚实融合场景中图形化线索绘制和虚拟物体渲染等展开综述,并对虚实融合场景中深度感知的研究趋势和重点进行展望和预测。     

移动在线实时绘制技术研究综述

移动在线实时绘制技术受移动互联网发展的驱动,为3维可视化、计算机视觉、虚拟现实、增强现实、扩展现实和元宇宙等新兴研究领域提供了核心技术的支撑。本文以在线实时绘制技术为切入点,探讨了该技术在移动端、Web端、云端和多端协同这4类平台下的发展重心和研究现状,并深度阐述了工业级在线云平台的实施方案。首先,针对移动端的在线实时绘制,分析了近年来移动端绘制硬件构架设计的优化方向;探讨了在功耗和带宽受到制约的情况下移动端如何对渲染算法进行加速,如何对高功耗的光线跟踪算法进行优化;列举了包括图形应用程序编程接口(application programming interface,API)和游戏引擎在内的移动端渲染工具。然后,针对Web端在线实时绘制,分析了Web端的3D渲染机制,梳理了以3D场景的轻量化预处理、大规模3D场景的细粒度化网络传输、3D场景的对等传输以及Web3D在线特效渲染为代表的Web端在线绘制的关键技术(尤其面向大规模3D场景),列举了国内外知名Web3D引擎并探讨了主流游戏引擎对Web3D应用的支持。再后,针对云端在线实时绘制,从应用托管、资源调度和串流这三大云平台的核心功能入手,调研了以串流应用优化技术为核心的在线云绘制现状。此后,从多端绘制任务分摊机制入手,分析了以“端云”协同和“端边云”协同为目标的在线多端协同绘制的发展。最后,以当前工业级在线云绘制平台为研究对象,分析了包括微软、英伟达、Unity、酷家乐等一线云绘制企业的在线实时云绘制平台方案,验证了移动在线绘制技术在工业界的实用性。     

结合立体视觉舒适度的立体图像显著性检测

针对先前的立体图像显著性检测模型未充分考虑立体视觉舒适度和视差图分布特征对显著区域检测的影响,提出了一种结合立体视觉舒适度因子的显著性计算模型.该模型在彩色图像显著性提取中,首先利用SLIC算法对输入图像进行超像素分割,随后进行颜色相似区域合并后再进行二维图像显著性计算;在深度显著性计算中,首先对视差图进行预处理;然后基于区域对比度进行显著性计算;最后,结合立体视觉舒适度因子对二维显著图和深度显著图进行融合,得到立体图像显著图.在不同类型立体图像上的实验结果表明,该模型获得了85%的准确率和78%的召回率,优于现有常用的显著性检测模型,并与人眼立体视觉注意力机制保持良好的一致性.     

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.     

三维医学图像的体绘制技术综述

在分析三维医学图形体绘制技术的基础上,描述了射线投射法、足迹法、剪切-曲变法、基于硬件的3D纹理映射、频域体绘制法和基于小波的体绘制等典型算法,给出了各类算法的性能评价,展望了体绘制技术研究的发展前景。     

一种面向视景仿真的快速环境贴图方法

环境贴图是绘制物体表面漫反射和镜面反射效果的一种有效方法.为了把环境贴图应用于视景仿真中,实现场景对象的真实感绘制,首先从分析球面调和函数入手,提出了漫反射环境纹理图的快速计算方法;然后在研究镜面反射模型时,提出采用箱式滤波器代替Phong余弦函数滤波的方法,从而简化了镜面反射环境纹理图的滤波计算;最后在实现阶段,采用立方体环境纹理图表示场景光照环境,并对纹理图进行分级细化从而提高了绘制效率.实验表明,该方法在增强对象真实感的同时,其运算速度也能满足交互系统的需求,非常适合视景仿真应用.     

亦幻亦真也3D

尽管3D图形卡为我们勾勒的是一个立体的世界,由于我们的显示终端设备还仅仅能表现出平面的物体,所以不得不借助我们的想象力和经验的帮助才能领会3D场景中的物体景深关系。不过3D立体眼镜独辟蹊径,在普通的显示器上就能表现出逼真的3D效果。实际上所谓立体感只是人的一种感受,由于双眼各自视角不同,观察到的景物特征自然也有差异,经过大脑的合成就产生了“立体感”或者说“距离感”。立体眼镜需要与3D图形卡配合,3D图形卡分别为左眼和右眼建立图像,存储在显示内存中,当显卡刷新屏幕时,在相邻的两次刷新中分别呈现这两个不同视角的图像,而立体眼镜上的液晶片则受显示同步信号驱动,在屏幕显示对应于左眼的图像时让左眼正常可视,并控制右眼的液晶片切换到不透光状态,反之亦然。由于视觉具有延迟性,我们感觉上就好象看到了连续的立体化的影像——换句话说就是“蒙骗”了我们的大脑将显示器上的平面图像误以为立体影像——所谓“虚拟现实”。     

条纹理映射

提出一种新的基于图像绘制的方法，能高效地利用图形硬件进行加速，避免成像过程中烦人的空洞填补计算,高质量地反映物体表面的三雏凹凸细节及视差变化．该方法首先为源深度图像中每个像素生成一个条状的纹理(条纹理)，即根据一个像素及其邻近像素的深度值，沿着深度方向为该像素插值生成多个具有不同深度值的点，它们一起构成谊像素的条纹理；然后，绘制时利用图形硬件的纹理映射直接处理这些条纹理.由于各个像素的条纹理的集合可以构成源场景的近似连续三维表示,从而大大增强了源深度图像表达三维模型细节的能力，而且成像时不必进行空洞填补的计算.与已有的同类方法相比，新方法的空间需求小，成像速度快，并且成像质量很高．     

让画面“立”起来——剖析3D显示的前世今生

3D显示的历史 什么是3D呢？3D也就是我们常说的三维——立体空间,D就是英文单词Dimension（维）的首字母。3D显示便是三维立体显示技术。与普通2D画面显示相比,3D显示技术利用人通过左右眼分别接收不同画面构成一个立体效果影像的原理,让观者从银幕或显示屏上获得具备三维空间感的视觉影像,更有置身其中的感觉。     

一种基于视觉约束的当前视点画面生成方法

由于视点变化中画面可见性的变化以及在当前视点物体表面的扩张,仅由一幅带深度的源参考图像的三维重投影所得到的目标视点画面存在空洞问题.为此,人们采取多源参考图像的合成方法来解决此问题.如何从具有大量冗余信息的多幅源参考图像中快速提取当前目标视点所需信息,成为基于图像的虚拟环境建模和绘制的关键技术.该文给出一种从多幅源参考图像(目前仅两幅)合成当前视点画面的算法.算法结合正向映射及逆向映射技术完成对当前视点画面的合成,并且利用视觉约束-极线约束这一性质从其他源参考图像中寻找填补空洞的像素,从而避免了整幅参考图像的重投影过程及深度比较.同时,算法利用极线对上像素的排序特性和已有目标图像的信息加速填补空洞像素的搜索.算法在不增加原有图像映射算法复杂度的基础上,大大降低了原有多幅图像合成算法的计算量.     

基于贪心策略的多结点并行光线跟踪负载均衡算法

为了提高利用光线跟踪集群绘制生成高分辨率复杂场景画面的并行度,提出基于 贪心策略的多结点并行光线跟踪负载均衡算法。首先根据 GPU 的并行特性将屏幕空间划分成若 干正方形图像块,并基于移动物体球形包围体在屏幕空间的投影构建二值绘制时间影响度图。 然后依据时空相关性利用上一帧图像块耗时和二值绘制时间影响度图建立渲染任务队列,通过 两步负载均衡实现多渲染结点任务的动态分配。最后进行了实验验证和分析,结果表明该方法 具有良好的负载均衡效果,在 5 个渲染结点的绘制效率最高能提升 4.96 倍。     

融合双目多维感知特征的立体视频显著性检测

目的 立体视频能提供身临其境的逼真感而越来越受到人们的喜爱,而视觉显著性检测可以自动预测、定位和挖掘重要视觉信息,可以帮助机器对海量多媒体信息进行有效筛选。为了提高立体视频中的显著区域检测性能,提出了一种融合双目多维感知特性的立体视频显著性检测模型。方法 从立体视频的空域、深度以及时域3个不同维度出发进行显著性计算。首先,基于图像的空间特征利用贝叶斯模型计算2D图像显著图;接着,根据双目感知特征获取立体视频图像的深度显著图;然后,利用Lucas-Kanade光流法计算帧间局部区域的运动特征,获取时域显著图;最后,将3种不同维度的显著图采用一种基于全局-区域差异度大小的融合方法进行相互融合,获得最终的立体视频显著区域分布模型。结果 在不同类型的立体视频序列中的实验结果表明,本文模型获得了80%的准确率和72%的召回率,且保持了相对较低的计算复杂度,优于现有的显著性检测模型。结论 本文的显著性检测模型能有效地获取立体视频中的显著区域,可应用于立体视频/图像编码、立体视频/图像质量评价等领域。     

立体图像对的生成

获取同一场景的立体图像对是实现双目立体成像的一个关键问题。提出了一种在三维场景已经建好的情况下生成立体图像对的方法。该方法根据双目立体视觉的原理，利用3DS MAX中的摄像机对象对场景中的物体进行坐标变换和透视投影变换，分别生成左眼视图和右眼视图。实验结果表明，两个目标摄像机与三维模型的位置关系以及基线长度是影响立体效果的重要因素，改变目标摄像机与三维模型的位置，可以分别生成正视差、负视差的立体图像对，当AB与CO的比例参数为0.05时，生成的立体图像对的立体效果较佳。     

基于高度梯度图的微结构表面阴影绘制方法

针对带有微结构表面的几何模型建模困难、模型复杂度高,导致现有阴影绘制算法效率差的问题,提出一种基于高度梯度图的阴影实时绘制方法.为实现实时渲染,首先给出一种微结构描述模型,通过将微结构高度场映射到低精度模型表面来描述复杂微结构模型;然后定义微结构高度梯度图,并据此构建可见点的局部最高点集合.在阴影绘制阶段,通过实时计算梯度空间局部最高点集合遮挡来生成细节阴影.整个阴影绘制算法在图像空间完成,较好地利用了延迟着色的思想和GPU并行计算的特点,可呈现可变形物体在动态场景中的自阴影效果.     

基于GPU的烟雾数据体面混合绘制技术研究

研究烟雾等大规模体数据在虚拟场景中实时可视化的技术是一种新的体面混合绘制技术,在灾害现象仿真中有着重要的应用。在处理体面混合绘制时,已有的绘制算法难以实时地处理体数据的遮挡和裁剪,并在内窥绘制中出现片元空洞。针对以上问题,提出一种基于GPU的体面混合绘制算法,将体数据视为参与介质,同时将面绘制的结果作为体绘制的积分域约束条件,从而把面绘制中的裁减算法推广到体数据的绘制中,实现了体面混合绘制的无缝融合。仿真结果表明算法能够实时地绘制虚拟场景中的大规模体数据,并且能够处理复杂的内窥效果。