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。     

基于图形硬件的辐照度环境纹理图的计算方法

辐照度环境纹理图是绘制任意光照环境下漫反射物体表面的一种有效的方法。为了实现动态光照环境下辐照度环境纹理图的实时绘制,基于当前的通用图形硬件,提出了一种采用顶点着色器快速计算辐照度环境纹理图的方法。该方法从分析球面调和函数入手,首先得出环境贴图的二次多项式表达形式;然后用顶点着色程序对多项式系数和球面调和函数进行加速计算,以快速生成辐照度环境纹理图;最后对于动态光照环境,则通过对环境纹理图的分级细化来加快光照系数的计算,进而实现了动态光照环境下辐照度环境纹理图的重新绘制。实验表明,在动态光照条件下,采用该方法在获取真实感光照效果的同时,其运算速度也能满足交互系统的需求。     

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.     

3D非均匀直线网格GPU体绘制方法研究

计算机图形硬件技术的快速发展可以用来加速可视化过程,为此针对非均匀直线网格,给出了基于均匀辅助网格的CPU光线投射算法、基于辅助纹理的GPU光线投射算法,以及基于切片的3D纹理体绘制算法,并在Nvidia Geforce 6800GT图形卡上对这些算法进行了测试。结果表明,GPU算法远远快于CPU算法,而基于切片的3D纹理体绘制算法则快于GPU光线投射算法。     

基于GPU的实时光线投射算法

介绍了一种基于GPU（可编程图形处理单元）的快速实时光线投射算法。为满足大规模体数据集的绘制要求,利用当前GPU的新特性,直接将体数据作为纹理载入显存,采用预积分分类方法在GPU中对体数据进行重采样和分类,避免了计算机主内存与GPU纹理内存之间数据交换的瓶颈问题;利用硬件支持的三维纹理和片元着色器,实时计算每个体素的梯度,实现高质量的光照,保证高质量的图像绘制效果。实验结果表明该方法在医学三维数据场可视化中,能够实时、高效地生成高质量的交互式体可视化图像。     

使用GPU编程的光线投射体绘制算法

将传统的光线投射体绘制算法在具有可编程管线的图形处理器(GPU)上重新实现.首先将体数据作为三维纹理保存在显存中,然后通过编写顶点程序和片段程序将光线进入点/离开点计算和光线遍历的计算移入GPU中执行,最后根据不同的采样点颜色混合公式实现不同的绘制效果.文中算法仅需绘制一个四边形即可完成三维重建.实验结果表明:在进行光照效果的重建时,该算法能够达到实时交互的绘制要求,并能实现半透明等复杂绘制效果.     

基于图像的方向透射实时绘制算法

透明材料粗糙表面上多次方向透射可产生独特的视觉效果,但目前对其只能采用蒙特卡罗光线跟踪等离线方法绘制.为此提出一种实现该现象实时绘制的算法.通过将多次方向透射建模为一系列串行滤波器,得出一个多次方向透射的近似解;将该近似解用于预先计算遥远光源的多次方向透射,并将计算结果保存在一系列环境贴图中;这些环境贴图使GPU可以实时绘制透明材料粗糙表面的方向性折射和反射.实验结果表明,该算法在GPU上可以得到实现,并能够获得可信的绘制结果和满足交互应用的帧率.     

高质量的三维纹理硬件体绘制

与光线投射法相比,传统的3D纹理体绘制算法通常难以产生高质量的图像。为了增强渲染图像的真实感与质量,在基于GPU（Graphics Processing Unit）的三维纹理体绘制过程中以交互的速率实现了体阴影效果,并考虑现实图像合成中的可视化感知,提出将基于GPU的高动态范围色调映射技术应用到体绘制得到的结果图片中。最后对一些体数据集进行绘制,实验表明这些技术较好地解决了传统纹理绘制方法的缺点,提高了图像的质量。     

基于GPU的交互式体数据切割

为实现实时高效的体数据切割操作,提出一种将人机交互和基于GPU的体绘制相结合的切割方法.先通过人机交互生成多个切割体的几何形状并三角化,将其作为基于GPU的光线投射算法的代理面,然后利用深度剥离算法获得光线在所有代理面上的出入射点坐标,并用多个通道完成体绘制.该方法在单个3D纹理上进行,可以实现多个任意形状的切割体切割,在节省GPU内存空间的同时,提高了切割后的绘制效率.     

基于GPU图像直接体绘制算法分析与评价

近年来计算机图形硬件性能不断提高,利用硬件来实现体绘制过程中的某些环节以获取交互的绘制速率成为可能,是目前体绘制的研究热点。描述了基于GPU的光线投射法、2D纹理映射法和3D纹理映射法等典型算法,给出了各类算法的分析与性能评价,最后实现相关算法并得出实验结果。