基于局部熵和四叉树结构的地形简化算法

地形实时简化在三维地形可视化和虚拟现实的应用中是非常重要的,为此提出了一种基于地形局部熵的实时地形简化算法,该算法采用四叉树结构进行地形简化,并使用局部熵作为误差测度来提高简化结果的质量,在四叉树结构“裂缝”的消除方面,采用更加合理的数据结构来提高算法的效率,实验结果表明,该算法具有实时,高效的特点,可以满足三维地形可视化和虚拟显示应用中地形实时简化与显示的要求。     

基于预计算辐射传递的全局光照技术

为了在大规模场景中渲染出高效率和高真实感的全局光照效果,以图形处理器（GPU）渲染管线流程为可编程基础,利用球面和谐函数进行解码,并且在预计算过程中通过使用小波重建高频部分的信号,来解决预计算辐射传递(PRT)计算过程中丢失掉的高频信号,以免丢失细节变化。在实时渲染全局光照过程中,利用大规模场景的可见性信息进行自适应的细分,使得绘制效率提高。实验结果表明该方法在仿真系统下能够高效真实地渲染出全局光照效果,有较高的绘制效率和真实感。     

基于级联体素纹理的VCT全局光照算法

针对大规模场景的全局光照渲染往往因为计算量过大而无法满足实时性要求的问题进行了研究,提出一种高性能的体素圆锥追踪（VCT）全局光照算法。算法包括：a）在体素化阶段,提出一种新型的场景光照信息表示级联体素纹理结构,该结构极大地减少了存储场景的内存消耗而且具有各向异性,在处理大规模场景时具有速度快、质量高的优势;b）在光照计算阶段,基于级联体素纹理结构提出一种改进的圆锥追踪滤波器,能够提高光照注入和反射光计算的效率;c）改进场景的体素化更新策略进一步提高了算法的运行时帧率。实验证明,本算法在降低内存占用空间和提高速度方面均远优于原VCT算法,满足了大规模场景中全局光照计算的实时性要求。     

基于后处理的实时景深模拟与应用

针对虚拟现实系统中的景深模拟问题,提出了一种改进的基于图形处理器(GPU)的后处理景深模拟算法.该算法在场景渲染时将全分辨率纹理图存入离屏缓存区,利用该离屏缓存区的Alpha通道输出每个像素的线性化深度信息;对这个全渲染的场景纹理图作下采样处理,得到原图像1/16大小的图像;对下采样后的场景纹理进行可分离二维高斯滤波,生成模糊的场景纹理图;通过泊松采样方法,在弥散圈内将两幅纹理图基于线性化深度信息进行融合,模拟出了景深效果.最后将该算法应用于一个海上搜救虚拟现实系统.实验结果表明,所提算法较好地仿真了景深效果,改善了传统后处理滤波算法的深度连续性差、亮度扩散等问题,并能满足实时交互需求.     

基于Open Inventor的虚拟驾驶仿真系统

基于虚拟现实技术,以3ds MAX为建模软件,Open Inventor为开发平台,通过面向对象的编程方法设计了虚拟驾驶仿真系统,介绍了三维模型的导入、层次细节技术、碰撞检测、运动相机的控制与渲染等关键技术.通过实验表明,本系统真实地模拟了汽车在驾驶过程中起步、换挡、加减速、转向、制动等行驶工况,并实时地通过碰撞检测算法来判断虚拟车辆模型与虚拟场景之间的碰撞.     

基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染

基于光线追踪,将屏幕图像像素分解为投射光线与场景对象交点面片辐射亮度和 纹理贴图的合成,每个面片的辐射亮度计算基于双向反射分布函数(BRDF)基的线性组合,并通 过图形处理器(GPU)处理核心并行绘制进行加速,最后与并行计算的纹理映射结果进行合成。 提出了一种基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染算法,利用GPU 并行加速,在提 高绘制效率的前提下,实现动态交互材质的全局光照实时渲染。重点研究：对象表面对光线的 多次反射用BRDF 基的线性组合来表示,将非线性问题转换为线性问题,从而提高绘制效率; 利用GPU 并行加速,分别计算对象表面光辐射能量和纹理映射及其线性组合,进一步提高计算 效率满足实时绘制需求。     

基于光学映射虚物体的并行绘制

尽管当前基于全局光照模型的图形绘制方法可以渲染出高质量的图象 ,但因为其计算量巨大 ,难以适用于诸如建筑物漫游、虚拟现实等对绘制速度有严格要求的场合 .为此引入光学映射虚物体的概念 ,利用构建在联网PC机上的集群系统 ,并行创建反射和折射虚物体 ,然后利用集群中各节点的图形加速硬件 ,像处理实际三维物体一样绘制这些虚物体 ,可以快速地绘制出反射 /折射效果的图象 .实验结果证明 ,该方法利用 CU P的计算能力和图形硬件的加速特性实现了真实感图形的高性能绘制 ,特别适用于诸如建筑物漫游、计算机动画和虚拟现实等要求交互式绘制的场合     

可变材质的实时全局光照明绘制

现有的基于预计算的全局光照明绘制算法都假设场景中物体的材质固定不变,这样,从入射光照到出射的辐射亮度之间的传输变换就是线性变换.通过对这种线性变换的预计算,可以在动态光源下实现全局光照明的实时绘制.但是,当材质可以改变时,这种线性变换不再成立,因此,现有算法无法直接用于动态材质的场景.提出了一种方法:在修改场景中的物体材质时,可以实时得到场景在直接光照和间接光照下的绘制效果.将最终到达视点的辐射亮度根据其之前经过的反射次数及相应的反射材质分为多个部分,每个部分和先后反射的材质的乘积成正比,从而把该非线性问题转化为线性问题.又将所有可选的材质都表示为一组基的线性组合.将这组基作为材质赋予场景中的物体,就有各种不同的组合方式,预计算每种组合下所有部分的出射辐射亮度.在绘制时,根据各物体材质投影到基上的系数线性组合预计算的数据就能实时得到最终的全局光照明的绘制结果.该方法适用于几何场景、光照和视点都不发生变化的场景.使用双向反射分布函数来表示物体的材质,不考虑折射或者半透明的情况.该实现最多包含两次反射,并可以实时绘制得到一些很有趣的全局光照明效果,比如渗色、焦散等等.     

Neural Free-Viewpoint Relighting for Glossy Indirect Illumination

Precomputed Radiance Transfer (PRT) remains an attractive solution for real-time rendering of complex light transport effects such as glossy global illumination. After precomputation, we can relight the scene with new environment maps while changing viewpoint in real-time. However, practical PRT methods are usually limited to low-frequency spherical harmonic lighting. All-frequency techniques using wavelets are promising but have so far had little practical impact. The curse of dimensionality and much higher data requirements have typically limited them to relighting with fixed view or only direct lighting with triple product integrals. In this paper, we demonstrate a hybrid neural-wavelet PRT solution to high-frequency indirect illumination, including glossy reflection, for relighting with changing view. Specifically, we seek to represent the light transport function in the Haar wavelet basis. For global illumination, we learn the wavelet transport using a small multi-layer perceptron (MLP) applied to a feature field as a function of spatial location and wavelet index, with reflected direction and material parameters being other MLP inputs. We optimize/learn the feature field (compactly represented by a tensor decomposition) and MLP parameters from multiple images of the scene under different lighting and viewing conditions. We demonstrate real-time (512 x 512 at 24 FPS, 800 x 600 at 13 FPS) precomputed rendering of challenging scenes involving view-dependent reflections and even caustics.     

基于改进体素锥追踪的大规模场景光照计算

针对大规模场景光照渲染计算量大的问题,提出一种基于改进体素锥滤波器追踪的全局光照计算算法。首先,以级联纹理结构改进简单的体素结构,实现快速高效且经各向异性过滤的场景光照信息存储,减少内存消耗;其次,基于法线加权累积计算直接光照衰减,缓解法向一致性问题;最后,基于级联纹理结构对锥波滤器进行改进,采用动态体素查找,避免整个存储结构的遍历,从而实现全局光照的高效计算。实验结果表明,改进算法在降低内存占用、提高渲染速度的同时,保持与经典体素锥追踪算法相近的渲染效果。     

基于图形与图像的混合绘制技术

随着虚拟现实技术的发展,对基于图形与图像的混合绘制技术提出了越来越高的要求。基于图形与图像的混合绘制技术是虚拟现实、动态仿真、实时可视化、高品质动画等越来越多的图像、图形应用技术的实现基础。该文对各种基于图形与图像的混合绘制技术进行分类综述、研究和展望。     

一种云场景的实时渲染方法

探讨了真实感云场景的模拟技术,设计了一种云场景的实时渲染方法。基于Perlin噪声建模生成云浓度图,并采用考虑浓度的Phong光照模型与单向散射光照模型,分别计算反射光和透射光,改善了传统方法无法真实反映不同角度太阳光照的问题,实现了不同时段动态云场景的绘制。通过引入基于GPU的Bumping纹理算法与Render-to-Texture技术,极大提高了云场景的渲染速度。实验结果进一步表明该方法能够同时满足真实感与实时性两个方面的要求。     

空间动态可变材质的交互式全局光照明绘制

提出了一种空间动态可变材质的交互式全局光照明绘制算法.如果在绘制过程中允许用户对物体的材质作修改,并且对一个物体的不同部分的材质作不同的修改,则称为空间动态可变材质.由于最终出射的辐射亮度和材质呈非线性关系,因此现有许多交互式全局光照明算法不允许用户修改物体的材质.如果一个物体各部分的材质可以不相同,那么材质对最终的出射的辐射亮度的影响更为复杂,目前没有任何交互式全局光照明绘制算法能够在绘制过程中对一个物体不同部分的材质作不同的修改.将一个空间动态可变材质区域划分成许多子区域来近似模拟,每个子区域内部材质处处相同.光在场景传播过程中可能先后被不同的子区域反射,并以此将最终出射的辐射亮度分为许多部分.用一组基材质来线性表示所有的材质,这组基材质被赋予场景中的所有子区域,从而得到不同的基材质的分布.预计算所有这些基材质分布下的各部分最终出射的辐射亮度.绘制时根据各子区域材质在基材质上的系数组合相应的预计算数据,就能交互式绘制全局光照明效果.     

虚拟现实技术综述与基于Internet的虚拟培训系统设计

文章对虚拟现实技术的发展和建模方法--基于图形建模和基于图像建模两种方法的原理及实现技术进行综述,给出了在Internet上实现虚拟现实的方法,及多种软件开发平台的特点和比较,从而设计了一个远程职业技术虚拟现实系统的模型。     

立即辐射度综述*

立即辐射度作为一种实时全局光照方法,近年来在真实感实时绘制应用研究中得到了广泛的关注,尤其是与当前图形处理硬件GPU的配合,已使其成为适合于在PC上实现复杂场景实时绘制的一种重要方法。对立即辐射度算法进行了综述,以立即辐射度发展历程为主线,分析算法的基本思想,深入剖析了立即辐射度当前的扩展及优化;展现了立即辐射度方法的一个清晰蓝图,指出了该方法在实时全局光照领域中进一步的研究热点和发展方向。     

利用球谐方法分散计算场景的全局光照

作为一种特殊的光照模型,辐射度在图形学中有着重要的应用.然而,由于其计算的复杂性,辐射度方法一直得不到广泛的应用,特别是在动态场景中.提出一种基于辐射度算法的全局光照实时加速算法,在原有基于点采样进行场景的全局光照近似的基础上,提出了不同的点采样计算方法,以提高辐射度方法对动画场景的适应性.算法对场景中的物体建立六面体包围盒,并在包围盒各顶点设置采样点,这样就可以在环境变化对其光照影响不大的情况下采用原有的计算结果,实现辐射度算法在动态场景中的计算加速.同时,对场景中的每个物体的光照,利用立方体映射计算直接光照;而对物体间的能量交换采用点采样方法进行近似计算并利用附近采样点的光照插值作为物体的光照.实验结果表明,该算法可以减少大量的间接光照计算,提高了辐射度算法的效率.     

A GPU-based light hierarchy for real-time approximate illumination

Illumination rendering, including environment lighting, indirect illumination, and subsurface scattering, plays an important role in many graphics applications such as games and VR systems. However, it is difficult to run in real-time due to its highly computational cost. We introduce a GPU-based light hierarchy for real-time approximation of the illumination. We store virtual point lights in images and then build the view-independent hierarchy of the lights into image pyramids, with a simple and rapid clustering strategy. We approximate the illumination with small numbers of groups of lights instead of large numbers of individual lights, using a new tree traversal algorithm on programmable graphics hardware. Although we implemented our method without occlusion, we obtained visually good results in many cases. Entire steps run on programmable graphics hardware in real-time without any preprocessing.     

基于图像绘制的虚拟环境构建与漫游技术研究

虚拟现实是一个重要目标是用计算机构建逼真的视觉世界,使参与者漫游虚拟世界。传统上,其实现是用3D图形学进行几何建模和绘制,但有诸多不足,而基于图像绘制的实现虚拟实现系统的新方法,它克服了3D图形方法的缺点,本文提出了一个实现基于图像绘制的虚拟环境的构建与漫游系统框架模型。     

虚拟现实技术在消防系统中的应用

文章介绍了虚拟现实技术的背景和特征．提出了一种使用VRML构建三维虚拟建筑模型作为消防系统监控软件界面的设计思路．讨论了如何使用VRML基本几何节点和其它三维建模软件构造复杂三维虚拟建筑模型的方法．最后给出了一种VC 和VRML三维虚拟场景进行交互的实现方法。