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。     

分块LOD连续非线性分布的地形渲染

基于四叉树的数据结构,提出了一种适于GPU批处理的地形可视化算法,以地形分块作为基本的处理单元,使用同一个顶点缓冲区对象实现所有地形块三角形集的渲染,提出了地形分块非线性分布的LOD选取函数,通过提出的地形块综合平滑因子,在顶点着色器上实现了高程值的平滑过渡,给出了GPU上算法的处理过程。实验对比结果表明,该算法地形绘制LOD层次调节方便,具有较高的地形渲染效率。     

在GPU上实现地形渲染的自适应算法

为了满足飞行状态实时监控系统对地形渲染快速逼真的要求,提出一种基于GPU的交互式地形自适应渲染算法.该算法中每帧渲染包含2遍GPU处理过程:第1遍采用流计算的方式,利用固定网格映射方法生成粗糙地形采样网格,在此基础上,根据地形表面复杂度计算粗糙采样网格中每个三角形的细化深度;第2遍进行地形的渲染,根据第1遍计算出来的每个面片的细化等级,选择初始化阶段预存储在GPU缓存中的不同细化等级的网格模板,对粗糙采样网格进行自适应细分,为了消除T型连接的问题,在顶点着色器中包含了一个网格模板的匹配处理过程.最后采用高程数据配合卫星照片的方式,生成具有高度仿真的三维虚拟地貌.基于文中算法实现的实时监控系统在支线飞机的飞行试验中取得了较好的效果.     

GPU实现的快速分层地形渲染算法

随着GPU性能的飞速提升,越来越多的地形渲染算法能够完全由GPU实现.本文提出了一种新的完全基于GPU的地形渲染算法.该算法使用顶点着色器完成中间数据生成,在几何着色器中使用之前生成的信息完成地形的LOD操作和网格的动态生成.该算法不仅具有易于在GPU上实现的特点,同时能够提供无缝的、自适应地形起伏的渲染效果.这也顺应了图形学的主流:将图形计算或对几何体的操作从CPU转移到GPU上,从而做到无需CPU的干预,降低数据传输量,节约通信带宽的目的.实验证明,该算法适合于处理较大规模地形块.     

基于综合LOD因子的自适应GPU地形渲染

根据四叉树的地形分块数据组织形式,提出一种面向图形处理器(GPU)的自适应地形渲染算法。将综合细节层次因子作为地形块节点评价函数,对静态地形块误差、动态视点依赖误差和视点移动速度进行量化,在顶点着色器上实现高程值的平滑过渡,消除突跃现象,并通过添加“裙”遮盖裂缝。实验结果表明,该算法的地形自适应性较好,具有较高的帧率和GPU利用率。     

利用GPU进行实时大规模3D地形渲染的方法研究

提出了通过GPU渲染地形的一种简易方法,首要的任务就是将高度场的查询及批LOD处理也从CPU移至GPU。顶点位置可结合层级索引模板由顶点着色器计算给出,然后,对地形顶点采用适当的图元进行索引,调用一次API就可绘制所有的三角形。最后,添加额外的“裙摆顶点”来填补由批LOD算法造成的裂缝。该算法不必每帧都更新顶点缓冲,从而大大减少了系统内存和CPU的开销。     

GPU构网的GeoMipMap地形无缝绘制算法

针对传统CPU实时构网算法和预处理阶段构网算法速度较慢问题,提出一种GPU构网的GeoMipMap地形渲染算法.算法的构网阶段由GPU实现,将CPU从繁重的构网工作中解放出来,并大幅度减少CPU向GPU传输的数据量,提高地形的渲染速度.整个地形分成大小相等的若干地形块,每个地形块又分为内部及四条边共五部分,对这五部分按分辨率不同分成多个细节层次,为每个细节层次计算空间误差,渲染时各部分根据屏幕投影误差选择细节层次,所构网格更加符合地形表面特征.考虑到GPU构网算法的高度并行性,采用一种新的裂缝处理方式,四条边的屏幕投影误差以边上顶点的空间误差计算,使得相邻块对于共享边的细节层次的计算结果相同,从而保证相邻块间无裂缝,且网格连续.实验结果表明该方法能够以较高的质量完成大规模地形的实时平滑漫游.     

表驱动的细分曲面GPU绘制

为了充分利用GPU的并行计算能力高效地绘制递归定义的细分曲面,提出一种基于GPU的面分裂细分曲面的实时绘制算法.该算法通过离线预计算生成可以复用的细分查找表,它由细分矩阵组成,其大小仅与奇异点度数和最大细分深度线性相关,与输入网格无关;对于细分曲面控制网格的每个曲面片,如果包含2个或2个以上奇异点,则进行一次局部预细分;之后对于不规则曲面片,利用细分查找表由初始控制网格直接计算得到各细分层次上的控制顶点,无需逐层计算,从而最大限度地发挥GPU的并行处理能力;最后对各层次上的规则曲面片使用硬件细分着色器绘制,大大提高绘制效率.实验结果表明,文中算法可以高效地绘制细分曲面的极限曲面.     

结合视点变换的三维地形无缝绘制算法

针对传统地形裂缝消除技术普遍存在构网速度慢,层次约束强等问题,提出了一种结合视点变换的地形无缝绘制算法。该方法首先根据精度生成LOD粗模型,然后利用纹理映射技术生成精细网格,并根据视点动态调整顶点位置以消除因层次细节过渡产生的T型裂缝。此外,通过CPU-GPU协同工作的方式,将批量构网及渲染的工作从CPU移植到GPU中,提升了整个系统的处理速度。实验结果表明,该方法可以有效消除地形裂缝,保证网格平滑过渡。     

基于GPU的海量城市管线高效建模与实时绘制

地理信息系统行业积累了海量基于二维矢量的管线数据,文中针对传统的基于CPU的多层次细节预处理三维建模及绘制方法存在质量和效率方面的不足,从管线二维矢量数据的形状特征出发,提出一种无需预处理的、可一次性在GPU中装载并处理城市规模管线数据的三维建模与实时绘制算法.该算法利用现代GPU可编程硬件的特性来实现,在GPU上对管线形状进行解码,在顶点着色器采用2个剪枝策略进行场景的可见性剔除计算,然后基于细分着色器对管线曲面进行多层次细节几何自动建模,全过程无需CPU干预.实验结果表明,文中算法适用于城市级别的海量管网数据,相比于已有的方法,绘制效果和多项性能指标得到了大幅提升.     

基于二叉树和GPU的无缝地形场景渲染方法

设计了一种基于图形处理器(GPU)的无缝地形渲染方法。该方法基于二叉树构建多层次地形网格,该网格用基于行、列号的地形模板表示。在设计过程中,将高程数据转化为适于GPU读取的高程纹理图,再通过顶点纹理提取(VTF)技术从纹理图中采样出高程值用于渲染,整个过程在GPU端完成,提升了地形数据访问效率。同时,采用实时优化自适应网格(ROAM)算法的强制拆分法,通过控制相邻地形块的等级来消除裂缝。最后,采用TriangleStrip方式进行渲染,避免了相邻三角形中顶点坐标数据的重复传递,减少了传递到GPU的数据量。用两块地形数据对算法渲染效率进行了检验,并将算法与Clipmap算法进行了帧率对比。结果表明,该算法有效解决了分块数据的裂缝问题,达到了交互式地形渲染的要求。     

地形可视化中的改进Geoclipmap算法

在大地形实时绘制中,大规模的地形数据和有限的硬件数据通信带宽是限制地形绘制效率的主要原因。在Geoclipmap算法的基础上,通过使用几何场景图(GSG)组织结构提高数据外存加载效率,在mipmap棱锥生成过程中采取sinc滤波方法进行重采样,避免地形细节丢失。为减少CPU到图形处理器（GPU）的数据流量,提出一种基于层次包围球的二级视锥体裁剪技术,并将法线的生成放到GPU的片段着色器中。实验结果表明,算法保持地形真实感,并有效提高绘制效率,能满足大地形的实时渲染要求。     

A method of Earth terrain tessellation on the GPU for space simulators

This paper presents a new distributed method for virtual Earth terrain tessellation on a graphics processing unit (GPU) for space simulator complexes. The method operates in real time in multi-object virtual scenes comprising up to two million polygons. A polygonal terrain model is constructed using triangle patches of different levels of detail on graphics cards with programmable tessellation. Patches of the same level of detail are calculated entirely on the GPU, in parallel and independently, by using a developed shader program written in the OpenGL Shading Language (GLSL). This paper also describes a patch extraction algorithm for visible Earth surface rendering and an algorithm for correcting the barycentric coordinates of tessellated patch vertices that allows triangles in the terrain model to be docked without geometric discontinuities. Based on the distributed methods and algorithms developed, a program complex for virtual Earth surface visualization was created and successfully tested. The proposed solution can also be employed in virtual environment systems, virtual labs, educational geo-applications, etc.     

GPU Tessellation全球地形可视化方法

目的 目前全球大规模地形可视化问题基本都衍生于分块LOD(level of detail)方法,该方法在快速地表漫游中依然存在GPU-CPU的数据传输瓶颈,其基于裙边的缝隙修复方法既需要额外资源,还存在依然无法完全消除的痕迹。为解决这些问题,提出了一种GPU网格生成的地形可视化方法。方法 结合GPU Tessellation方法、基于视点与屏幕空间误差的LOD方法、局部坐标系渲染等算法,使得全球地形可视化的生成效率有明显提高。结果 实现了一个全球地形可视化系统GTVS,提供全球高精度地形数据与多分辨率高清卫星影像数据的调度与渲染等。论文对该系统进行了详实的实验和数据分析,相比传统基于GPU的分块LOD方法,FPS(frames per second)提升100%以上,很好地解决了系统瓶颈问题。结论 结果表明所提方法实用、鲁棒、扩展性好,可广泛地适用于大规模的全球渲染系统中。     

一种视点相关的LOD地形生成算法

实际应用表明顶点曲度、感知强度和视点移动速度这三个因素对LOD地形渲染有很重要的影响,而传统LOD地形渲染制算法没有综合考虑它们.因此,本文通过对顶点曲度、感知强度、视点移动速度这三个因素进行量化,并把它门融合进节点评价函数中,进而提出一种新算法.实验充分利用了GPU的特性,将算法中各个因子的计算移植到GPU上执行,将一些重复使用率高的顶点和连续几帧保持不变的三角形数据存储到显存中.结果表明,本算法具有较好的实时性.帧速率变化平稳.     

一种面向55 nm工艺的可扩展统一架构图形处理器设计与实现

现代3D图形处理器已从固定渲染管线发展成可编程渲染管线,且其并行度越来越高,研究并设计高性能的3D图形处理器对3D图形处理具有重要意义。着色器是实现3D图形处理器的核心,因此开发性能高、面积小、功耗低又易于扩展的着色器对3D图形处理器的开发具有重要作用。提出的统一架构图形处理器基于单指令多线程和单指令多数据,单指令多线程可以提高图形处理的并行度,从而提高图形处理性能;单指令多数据可以降低设计复杂度,从而实现面积小、功耗低又易于扩展的着色器。实验结果表明,提出的统一架构图形处理器在面积较小、功耗较低的情况下实现了较高的性能,且设计可扩展性较好。