分布式渲染资源搜索方法研究

针对三维动画领域的渲染瓶颈和分布式渲染的资源搜索问题,提出了一种基于双层体系结构的分布式虚拟集群渲染系统,采用基于减聚类的RBF神经网络算法计算分布式环境下虚拟集群的渲染能力,给出了分布式渲染资源的搜索算法,并验证了算法的有效性。     

基于差值的动态屏幕截取快速算法

分析了现有的屏幕截取方法在多媒体网络教学中所存在的不足，提出了一种基于差值的动态屏幕截取快速算法，并给出了该算法的具体实现。该算法通过对屏幕信息变化的区域进行分析，将屏幕划分为小块矩形区域，动态提取并进行判断。采用广度优先搜索算法、权重策略、循环遍历机制与随机点策略，能够快速、有效地获取前后两屏信息的差值部分。实验证明，当前后两屏幕闾信息变化在一定范围之内时。该算法明显地提高了截屏速度，减少了对屏幕冗余信息的读取，提高了教学过程中屏幕信息交互的流畅性。     

DVE系统下基于区域密度划分算法研究

网络和高性能显卡的快速发展使得分布式虚拟环境得到越来越广泛的应用.为了建立一个高性能的分布式虚拟系统,划分问题将是关键.提出一种基于区域密度的划分算法来解决分布式虚拟系统的划分问题.算法结合了遗传算法和模拟退火算法各自的优点,并使用一个新设计的基于区域密度的算法来产生初始划分.提出的算法和已有的算法相比,在角色团簇分布时,能在更短的时间内得到相同或更好的划分结果.算法将更适应分布式虚拟系统实际应用时对实时性的需求.     

融合阴影图和深度划分阴影体的阴影渲染算法

阴影图算法可以简单、快速地渲染硬阴影,但该算法渲染的硬阴影会在边缘区域出现锯齿状走样。受此影响,基于阴影图算法渲染的柔和阴影,在小尺寸半影区域依然可能会出现锯齿状走样。因此,要渲染无走样的柔和阴影,需要精确计算阴影边缘区域的着色点对点光源的可见性。深度划分阴影体算法可以精确地计算着色点对点光源的可见性,但其不仅在效率上不及阴影图算法,还无法实现柔和阴影渲染。针对上述问题,提出一种融合阴影图和深度划分阴影体的阴影渲染算法,对处于阴影边缘区域的着色点,使用深度划分阴影体算法精确计算该着色点对点光源的可见性;对其他着色点,使用阴影图算法快速计算该着色点对点光源的可见性。最后,将着色点的可见性值存储在可见性图中并滤波即可实现无走样柔和阴影的渲染。     

基于差值的动态屏幕截取快速算法

分析了现有的屏幕截取方法在多媒体网络教学中所存在的不足,提出了一种基于差值的动态屏幕截取快速算法,并给出了该算法的具体实现。该算法通过对屏幕信息变化的区域进行分析,将屏幕划分为小块矩形区域,动态提取并进行判断,采用广度优先搜索算法、权重策略、循环遍历机制与随机点策略,能够快速、有效地获取前后两屏信息的差值部分。实验证明,当前后两屏幕间信息变化在一定范围之内时,该算法明显地提高了截屏速度,减少了对屏幕冗余信息的读取,提高了教学过程中屏幕信息交互的流畅性。     

分布式渲染调度策略优化研究与实现

围绕如何提高分布式渲染任务执行效率这一目标,重点研究了LSF作业管理系统工作原理以及扩展调度插件机制,设计并实现了依据服务节点负载量及处理能力选择候选主机的分布式渲染调度算法（DRS）,并利用LSF调度插件嵌入自定义调度模块,该模块能与系统内置调度模块协同工作。最后构造仿真集群执行环境,通过模型渲染验证了算法的有效性。     

基于特征包围盒模型的装配诱导信息自适应显示方法

为在屏幕上合适的位置、以合适的视角显示三维装配诱导信息,提高诱导信息的信息量和立体感,提出一种基于零部件CAD特征包围盒模型的装配诱导信息自适应显示方法,包括屏幕显示区域自适应选择算法和最优视点选择算法.在屏幕显示区域自适应选择算法中,首先将屏幕区域划分成栅格,然后计算CAD特征包围盒顶点的屏幕坐标,并判断各屏幕栅格是否被包围盒占用,最终将屏幕上未被包围盒占用的最大连通区域作为屏幕非焦点区域,用于显示诱导信息.在最优视点选择算法中,利用CAD特征包围盒模型提出了一种综合考虑视图投影面积和立体特性的视点信息度量算子.实验结果表明,文中方法能够实现三维装配诱导场景屏幕显示区域及视点的在线选择,具有一定的智能性和通用性.     

有向传感网分块区域p-覆盖节点调度算法研究

本文研究了分块区域p-覆盖的有向传感网节点调度问题,并提出了一种有效延长网络生存时间的节点调度方案。将区域划分为拥有不同监测需求的子区域,从有向传感器节点感知模型出发,设计了基于网格划分的节点感知范围度量方法,并在此基础上提出了分布式分区域节点调度算法DSSA( Distributed Subarea Sensor-schedule Algorithm),该算法是一个选取最少数量的节点去对每一个子区域进行p-覆盖的分布式贪心算法。算法同时还考虑了整体网络的连通。通过仿真深入评估了DSSA算法的性能。对比实验结果表明,DSSA算法可以显著延长网络生存时间。     

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。     

分布式虚拟集群渲染系统研究

针对三维动画领域的渲染瓶颈和分布式渲染的资源搜索问题,提出了一种基于双层体系结构的分布式虚拟集群渲染系统,并详细介绍了系统的各个功能模块.通过对渲染资源的统一描述,定义了虚拟集群渲染能力的计算方法,给出了分布式渲染资源的搜索算法,并验证了算法的有效性.     

基于二叉顶点树的视点相关实时LOD算法

本文提出了一种实时LOD算法，通过对二又顶点树的操作，实现在渲染过程中用不同的细节层次表示模型各部分。采用的细节层次的选择标准有：视见体剔除，背面剔除和屏幕空间的投影误差。实验结果表明该算法可以在保持一定的视觉效果的前提下，大大提高绘制效率。     

屏幕空间自适应的地形Tessellation绘制

为了在大规模真实感地形渲染中利用GPU硬件加速的Tessellation技术,在对地形Tessellation原理分析的基础上,提出一种屏幕空间自适应的地形Tessellation绘制算法,实现了在GPU内部对地形模型的三角形自适应细分。该算法采用Tile和Patch的形式对地形数据进行分层组织,在CPU和GPU上分别以Tile和Patch为基础实现地形LOD(level of detail)的自适应简化;提出在Hull Shader上基于Patch边界的细分系数计算模型,确保了Patch细分时的无缝连接;给出了Domain Shader上置换贴图的处理过程,以实现细分顶点的高程纹理映射;并且采用了两级视锥体裁剪机制,减少了渲染数据的冗余量。实验结果表明,该算法具有较好的屏幕空间自适应性和渲染性能,能够在输入粗糙网格的基础上,渲染输出高分辨率几何细节特征的地形模型。     

一种大规模地形模型的视相关简化算法

提出了一种基于点删除的视相关简化算法。首先依据视锥准则、背离面准则和屏幕投影误差对原始网格进行可见性预处理，再对预处理后的网格依据顶点重要度大小进行点删除简化。重要度以顶点到平均平面的距离表示，在计算过程中，采用了距离加权的办法，从而进一步加强了视相关简化效果。实验表明，算法具有较高的绘制速度，并且绘制帧速率基本独立于模型的复杂度。     

视相关地形多分辨率模型在飞行仿真中的应用

对于飞行仿真中海量地形数据,现有的软硬件无法直接对其进行实时连续的绘制,采用视点相关的层次细节模型可以有效地提高实时绘制的性能.该文针对飞行仿真中大地形实时显示问题,对现有的视点相关多分辨率模型算法进行了改进,采用四叉树结构来表示地形,给出了节点的数据结构和构建四叉树的算法;提出了一种新的细节层次选择误差度量标准;实现了视点相关的连续多分辨率地形网格的简化和实时绘制.     

基于图象空间判据的地表模型加速绘制技术

在利用图形绘制实现虚拟现实的研究工作中，为了加速图形生成以保证实时的图形绘制，物体层次细节模型LoD(level of detail)的选择是其最主要的解决办法.其主要原理是根据物体对于观察者的重要性选择该物体绘制的细节.地表模型作为多边形网格模型的一种特殊几何模型，在各种虚拟现实系统中有着重要而广泛的应用.该文通过对地表模型实时生成特殊性要求的分析，提出具有焦点加权因子的基于图象空间误差的、适用于地表模型特殊性的、有效的加速简化方法.以焦点和显示面积的有效结合作为物体重要性评价尺度，有效地简化了地表模型的绘制.同时，算法结合均匀网格模型的多分辨率细节层次模型，以“块”作为地表模型大面积简化的空间单位，加速地表模型的简化操作，以实现较为复杂的地表模型的实时绘制.     

海量医学数据处理框架及快速体绘制算法

设计并实现了一套针对海量数据的处理和分析算法框架,并将其融入实验室早先开发完成的医学影像算法研发平台MITK(medical imaging toolkit)中,真正建立起一个海量医学影像数据的处理平台,并在此基础上研究了针对海量数据的基于光线投射和三维纹理的快速体绘制算法,提出了一种半自适应分块的方法对原始数据进行分块,在不对分块速度产生太大影响的基础上得到了更好的分块结果,同时使用图形硬件来进一步加速整个算法的绘制流程.实验结果表明了该平台和算法对于海量医学数据处理和可视化的有效性.     

Revectorization-Based Soft Shadow Mapping

In this paper, we present revectorization-based soft shadow mapping, an algorithm that enables the rendering of visually plausible anti-aliased soft shadows in real time. In revectorization-based shadow mapping, shadow silhouettes are anti-aliased and filtered on the basis of a discontinuity space. By replacing the filtering step of the theoretical framework of the percentage-closer soft shadow algorithm by a revectorization-based filtering algorithm, we are able to provide anti-aliasing mainly for near contact shadows or small penumbra sizes generated from low-resolution shadow maps. Moreover, we present a screen-space variant of our technique that generates visually plausible soft shadows with an overhead of only in processing time, when compared to the fastest soft shadow algorithms proposed in the literature, but that introduces shadow overestimation artefacts in the final rendering.     

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。     

Composite rectilinear deformation for stretch and squish navigation

We present the first scalable algorithm that supports the composition of successive rectilinear deformations. Earlier systems that provided stretch and squish navigation could only handle small datasets. More recent work featuring rubber sheet navigation for large datasets has focused on rendering and on application-specific issues. However, no algorithm has yet been presented for carrying out such navigation methods; our paper addresses this problem. For maximum flexibility with large datasets, a stretch and squish navigation algorithm should allow for millions of potentially deformable regions. However, typical usage only changes the extents of a small subset k of these n regions at a time. The challenge is to avoid computations that are linear in n, because a single deformation can affect the absolute screen-space location of every deformable region. We provide an O(klogn) algorithm that supports any application that can lay out a dataset on a generic grid, and show an implementation that allows navigation of trees and gene sequences with millions of items in sub-millisecond time.     

PC平台下海量地形的分页调度和实时渲染*

结合内存调度技术和场景渲染策略,提出了一种对海量网格和纹理数据进行分割和分页调度的算法,通过调度算法使海量数据分批进入内存并实现实时卸载,在分页的基础上进行分块实时渲染。实验结果表明该算法取得了很好的效果。