基于GPU的实时线绘制及水墨仿真研究

为了由简单三维输入自动生成水墨仿真风格图像,提出了一种基于GPU的实时线绘制算法及水墨仿真算法。提出的微分几何线绘制算法结合了视点相关和视点无关两类特征线的绘制,利用了多种曲率信息和风格化纹理。由于GPU加速和风格化纹理的设计,该算法达到实时且风格化可控,方便了国画仿真,仿真计算将水墨看作二维流体,利用LB方法模拟水墨在宣纸中的边缘扩散。通过对比大量的绘制结果以及和其他方法的比较,结果表明,该方法的绘制结果更加清晰逼真,绘制实时完成且完全自动化。     

GPU加速的物体空间线绘制算法

提出一种网格模型线绘制的GPU加速算法,其在物体空间进行计算,避免了图像空间计算的不连续性.提出了GPU加速物体空间线绘制的通用算法框架,理论上对任何特征线定义均可以按照该框架实现GPU加速的特征线绘制;基于该框架,实现了轮廓线与光极线(photic extremum lines,PEL)2种特征线的GPU加速绘制.实...     

虚平面映射:深度图像内部视点的绘制技术

首先推导与归纳了图像三维变换中像素深度场的变换规律,同时提出了基于深度场和极线原则的像素可见性别方法,根据上述理论和方法,提出一种基于深度图像的建模与绘制(image-based modeling and rendering,简称IBMR)技术,称为虚平面映射.该技术可以基于图像空间内任意视点对场景进行绘制.绘制时,先在场景中根据视线建立若干虚拟平面,将源深度图像中的像素转换到虚平面上,然后通过对虚平面上像素的中间变换,将虚平面转换成平面纹理,再利用虚平面的相互拼接,将视点的成像以平面纹理映射的方式完成.新方法还能在深度图像内侧,基于当前视点快速获得该视点的全景图,从而实现视点的实时漫游.新方法视点运动空间大、存储需求小,且可以发挥图形硬件的纹理映射功能,并能表现物体表面的三维凹凸细节和成像视差效果,克服了此前类似算法的局限和不足.     

基于视点相关透视纹理的矢量数据在三维地形上的叠加绘制

为了精确、高效地将传统二维矢量数据叠加到三维多分辨率地形上,提出一种基于视点相关透视纹理的叠加绘制算法.首先通过场景视点得到能充分逼近当前地形可视范围的透视投影,然后用该透视投影实时地将二维矢量数据绘制在与地形绑定的纹理上,同时在GPU中并行计算出纹理坐标.与传统的基于纹理的绘制方法相比,视点相关的透视投影能够提高纹理的像素利用率,从而减轻传统方法所产生的走样问题,提高矢量数据的绘制质量;且该算法不受地形几何数据的约束,能够与目前大多数多分辨率地形模型以及影像金字塔很好地结合在一起使用.     

保持三维模型内在属性特征的水墨绘制

为了解决非真实感渲染方法中三维模型的细节特征保持不足的问题,提出一种基于三维模型内在属性特征绘制图的带水墨画效果的非真实感渲染方法.将模型曲面的平均曲率转化为表面材质,使用帧缓冲对象渲染到纹理,经过像素变换、高斯模糊等处理得到水墨效果;再经过非线性映射得到黑白分明的内在属性特征绘制图,然后在图像空间通过GPU进行图像处理;通过调节光源位置可以实时地调整水墨笔画的分布,调整阈值以改变特征细节的展示层次.大量实例结果表明,文中方法是高效、可靠的.     

基于GPU的三维医学图像混合可视化系统

研究并实现了一个基于GPU的医学图像混合可视化系统，该系统采用三维纹理映射的方法实现直接体绘制，利用GPU的可编程特性完成体绘制方法中的插值后分类算法和传输函数的传递及实时修改，采用OpenGL技术实现表面的绘制，并基于场景图结构实现时表面数据的管理。面绘制和体绘制部分都采用OpenGL实现，运用OpenGL的融合机制，系统实现了面绘制和体绘制的混合显示。本系统大大提高了体绘制的速度，有效地保留了面绘制和体绘制的优势，在保证绘制速度的基础上丰富了图像信息。     

三维模型表面特征的水墨效果渲染算法

提出一种对三维模型实现水墨效果渲染的两步二维纹理映射方法.该方法首先通过模型顶点的视线向量和法线向量的点乘积计算其夹角的余弦值,作为第一步的纹理坐标进行映射;再通过欧拉公式计算径向曲率及其方向导数值,作为第二步映射的纹理坐标.为达到实时的交互浏览,在第二步映射时还可采用基于视点无关的曲率特征的映射策略(如平均曲率、高斯曲率、主曲率等).在快速生成水墨画效果的同时也显示出更多的特征细节.     

视相关大规模三维地形实时绘制技术综述

大规模三维地形表面实时绘制一直是国内外的研究热点.综述了大规模三维地形表面实时绘制算法的分类,包括基于规则网格和非规则网格、基于in-core和out-of-core、基于CPU和GPU的三大类绘制算法;阐述了大规模三维地形表面实时绘制算法的发展现状和关键技术,通过out-of-core算法的数据预取策略解决大数据量模型的交互式渲染问题,采用视点相关的多分辨率技术简化整个场景的复杂度,减少绘制的数据量;指出了各种方法的优点与不足,最后对大规模三维地形表面实时绘制所需要研究的问题进行了总结.     

基于混合多细节层次技术的实时绘制算法

细节层次是实时图形生成的一项重要技术.提出一种把视点无关和视点相关两类多细节层次技术结合起来的网格模型实时绘制算法.该算法首先根据应用领域的不同要求或用户给出的误差范围,对模型进行与视点无关的预处理简化,然后把简化后得到的模型用在与视点相关的实时简化算法中.实验表明,这种网格模型简化和绘制算法能在损失很小的屏幕像素误差的前提下大大提高绘制速度.     

采用高斯差分算子的拉普拉斯线绘制

近年来,图像空间的线绘制技术在绘制质量和算法鲁棒性方面取得了长足的进步.但是,图像空间的线绘制算法不能生成特征线的空间几何信息,因而应用面不如物体空间的线绘制技术广泛.针对现有物体空间线绘制算法的绘制效果和绘制速度还远不如图像空间算法,提出一种物体空间线绘制算法.在预处理阶段,采用网格模型的高斯差分算子计算法向拉普拉斯;在实时绘制时,通过计算法向拉普拉斯与视线方向的点积,从而快速计算特征线的三维几何.在该算法框架下,进一步提出各向异性的高斯差分算子,在计算法向拉普拉斯时对于特征线的梯度方向和切线方向做不同的滤波处理,从而更好地反映特征线的走向.实验结果表明,文中算法比现有的其他物体空间线绘制算法更加鲁棒,对于包含几何噪声和非均匀网格化的三维模型,其生成的线绘制结果更加光顺,能更清晰地揭示模型的形状特征;在实时绘制效率方面,能实时生成包含上百万三角面片的网格模型的线绘制结果.