细节高度复杂表面模型的视点相关渐进传输

针对细节高度复杂模型的特点,提出一种视点相关的渐进传输方法.根据人的视觉特征,算法将模型表示为多分辨率的四边形参数面片和表面法向细节纹理.该算法利用法向映射提高传输和绘制的效率,然后随着视点的变化动态细化和传输当前视点下轮廓部分的参数面片信息,从而最大限度地减少了模型传输时面片的数量.参数面片的结构规则,面片之间关联性低,因此能够按任意顺序高效地传输,从而实现真正的视点相关传输,并可以采用有效的编码方法对其结构和几何信息进行压缩.实验结果表明了该算法的有效性,特别适合于表面细节复杂的表面模型的交互传输和绘制.     

多视点成像的多边形模板法

该文提出一种对场景进行多视点成像的方法。该方法首先为场景中的多边形生成多边形模板，一个多边形模板，包括一条轮廓路径和一组纹条，而一个纹条是平行成像画的一个平面与多边形相交的直线段。由于纹条相对于不同视点的透视投影的变化是线性的，因此，绘制多边形时可以基于模板逐个纹条地处理，而不必按照传统的扫描转换方法逐个点地处理，绘制速度可以提高很多。同时，与视点无关的光照和纹理可以预先计算并保存在模板中，以便在成像时利用基于图像绘制的技术来生成高质量的图像。该方法中，视点可以放置在三维空间的任意位置，并且在场景漫游时可以根据视点位置自动地实现多分辨率绘制。     

混合软影绘制算法

实时软影映射算法能够使用一张阴影映射图绘制出复杂动态场景的真实的软影效果.结合物体空间和图像空间的算法,提出一种在物体空间中提取面光源轮廓边的方法;然后利用面光源轮廓边的属性,提出一个在图像空间中确定轮廓边像素走向的方法;最后反投影拟合的轮廓边计算最终的几何可见性.实验结果表明,本文算法减少了提取轮廓边的消耗,提高了绘制效率;增加了拟合轮廓边的精度,提高了绘制效果.     

点模型的多分辨率形状编辑

提出了一种基于几何细节映射的点模型的形状编辑方法.几何细节是曲面的一个重要属性,定义几何细节为原始曲面及其基曲面之间的向量差,该基曲面由多层次B样条所构成.通过基曲面上的局部仿射坐标,则可以得到与之对应的多分辨率几何细节表示,曲面的低频信息和高频信息易被用户所指定的频段分离.通过调节基曲面的形状,再将这些几何细节映射上去,可以对模型进行保细节的变形;如果将几何细节映射到其他物体上,将可以得到几何细节迁移的结果.为点模型开发了多种特征保持的编辑算子,实验结果表明,所提出的方法是一种有效的点模型造型算法.     

基于图像的实时漫游

提出了一个点和多边形模型混合的场景表达方式,从而实现了对复杂场景的视点不受限制的实时漫游.它从多幅带深度的参考图像出发,在预处理阶段区别对待场景中平面物体和曲面物体在参考图像中的对应像素.对于在参考图像所占区域较大的空间平面,用传统的多边形模型方式对其进行表达,试图恢复出其平面方程,然后通过采样密度比较和重采样过程,将该空间平面在所有参考图像中的出现合并成一个均匀采样的纹理图像;而对于空间曲面或在参考图像中所占面积较小的平面,使用点的形式对其进行表达,通过采样密度的比较去掉冗余的点,将保留下来的点按其空间位置进行聚类.同时,对于场景中那些不被所有参考图像所拍摄到而在漫游过程中可能形成空洞的部分,提出一个空洞预填补技术,在预处理阶段即对这类空洞进行填补,从而大大减少了漫游阶段出现空洞的几率.在漫游阶段则使用纹理映射和点Warping的方式进行绘制,以充分利用图形硬件的加速功能.     

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.     

基于高度梯度图的微结构表面阴影绘制方法

针对带有微结构表面的几何模型建模困难、模型复杂度高,导致现有阴影绘制算法效率差的问题,提出一种基于高度梯度图的阴影实时绘制方法.为实现实时渲染,首先给出一种微结构描述模型,通过将微结构高度场映射到低精度模型表面来描述复杂微结构模型;然后定义微结构高度梯度图,并据此构建可见点的局部最高点集合.在阴影绘制阶段,通过实时计算梯度空间局部最高点集合遮挡来生成细节阴影.整个阴影绘制算法在图像空间完成,较好地利用了延迟着色的思想和GPU并行计算的特点,可呈现可变形物体在动态场景中的自阴影效果.     

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.     

GPU加速的多分辨率几何图像快速绘制方法

为实现多分辨率几何图像的高效逼真绘制,将满足饱和性质的层次包围球概念与基于屏幕空间的误差判据思想引入到节点误差测度函数的设计中,提出一种适用于视点相关几何图像的节点误差测度函数.针对传统多分辨率几何图像裂缝消除算法复杂、难以用GPU加速的问题,使用正切函数控制顶点偏移;在GPU上快速消除几何图像四叉树结构的不同分辨率节点绘制时出现的裂缝,实现了节点间网格的快速平滑过渡.实验结果证明,该节点误差测度函数能实现几何图像四叉树节点的精确选择,三维模型特征保持明显;裂缝处理算法易于GPU实现,能获得较高的帧率.     

基于图像的实时漫游

提出了一个点和多边形模型混合的场影表达方式，从而实现了对复杂场景的视点不受限制的实时漫游。它从多幅带深度的参考图像出发，在预处理阶段区别对待场景中平面物体和曲面物体在参考图像中的对应像素。对于在参考图像所占区域较大的空间平面，用传统的多边形模型方式对其进行表达，试图恢复出其平面方程，然后通过采样密度比较和重采样过程，将该空间平面在所有参考图像中的出现合并成一个均匀采样的纹理图像；而对于空间曲面或在参考图像中所占面积较小的平面，使用点的形式对其进行表达，通过采样密度的比较去掉冗余的点，将保留下来的点按其空间位置进行聚类。同时，对于场景中那些不被所有参考图像所拍摄到而在漫游过程中可能形成空洞的部分，提出一个空洞预填补技术，在预处理阶段即对这类空洞进行填补，从而大大较少了漫游阶段出现空洞的几度。在漫游阶段则使用纹理映射和点Warping的方式进行绘制，以充分利用图形硬件的加速功能。     

笔式三维草图绘制中的轮廓线技术研究*

详细介绍了三维模型轮廓线技术及其检测算法,并深入分析了轮廓线技术在三维草图绘制中的作用;然后设计并实现了一个三维草图绘制系统。该系统提供了用笔绘制三维模型的交互环境,通过轮廓线将三维模型与二维交互手势联系起来,使用户可以自由灵活地操纵和控制三维模型,获得自然、高效的交互体验。     

Omni-directional Relief Impostors

Relief impostors have been proposed as a compact and high-quality representation for high-frequency detail in 3D models. In this paper we propose an algorithm to represent a complex object through the combination of a reduced set of relief maps. These relief maps can be rendered with very few artifacts and no apparent deformation from any view direction. We present an efficient algorithm to optimize the set of viewing planes supporting the relief maps, and an image-space metric to select a sufficient subset of relief maps for each view direction. Selected maps (typically three) are rendered based on the well-known ray-height-field intersection algorithm implemented on the GPU. We discuss several strategies to merge overlapping relief maps while minimizing sampling artifacts and to reduce extra texture requirements. We show that our representation can maintain the geometry and the silhouette of a large class of complex shapes with no limit in the viewing direction. Since the rendering cost is output sensitive, our representation can be used to build a hierarchical model of a 3D scene.     

Capturing and rendering geometry details for BTF-mapped surfaces

Bidirectional texture functions, or BTFs, accurately model reflectance variation at a fine (meso-) scale as a function of lighting and viewing direction. BTFs also capture view-dependent visibility variation, also called masking or parallax, but only within surface contours. Mesostructure detail is neglected at silhouettes, so BTF-mapped objects retain the coarse shape of the underlying model. We augment BTF rendering to obtain approximate mesoscale silhouettes. Our new representation, the 4D mesostructure distance function (MDF), tabulates the displacement from a reference frame where a ray first intersects the mesoscale geometry beneath as a function of ray direction and ray position along that reference plane. Given an MDF, the mesostructure silhouette can be rendered with a per-pixel depth peeling process on graphics hardware, while shading and local parallax are handled by the BTF. Our approach allows real-time rendering, handles complex, non-height-field mesostructure, requires that no additional geometry be sent to the rasterizer other than the mesh triangles, is more compact than textured visibility representations used previously, and, for the first time, can be easily measured from physical samples. We also adapt the algorithm to capture detailed shadows cast both by and onto BTF-mapped surfaces. We demonstrate the efficiency of our algorithm on a variety of BTF data, including real data acquired using our BTF–MDF measurement system.     

基于小波的网络多分辨率体绘制

为了能在网络环境下，快速地进行三维绘制，提出了一种网络环境下的基于小波的体数据多分辨率体绘制方法，该方法采取基于客户端的三维重建方案，首先利用三维小波的多分辨率分析方法，将体数据分解为不同分辨率下的离散逼近信号与高频细节信号；然后按先离散逼近信号，后高频细节信号的次序将数据传输到客户端；最后在客户端实现由粗及精的、渐进式的三维绘制。在这个过程中，一种3D的Mallat滤波器组被用来加速体数据的3D小波分解与重构，一种离散的简略化小波域体绘制方程被用来满足体绘制的实时性。实验结果表明，由于该方法仅需要12．5％或更低的数据量，即可以绘制出品质良好的图像或图像的概貌，所以非常适宜于需要频繁选择、交互的三维图像网络系统。     

基于GPU加速的轮廓毛发绘制技术

在采用层状纹理切片来表达真实感毛发的方法中,模型轮廓处毛发切片的计算与生成需要耗费很多时间,影响绘制效率。针对此问题,提出一种利用图形处理器（GPU）可编程能力的轮廓毛发快速生成技术。该技术通过为顶点设计一种“边信息”的数据结构,将轮廓边的检测及轮廓毛发切片的生成完全转移到了GPU中进行,从而大大加速了轮廓毛发的处理,提高了真实感毛发的绘制效率。     

Projected tetrahedra revisited: a barycentric formulation applied to digital radiograph reconstruction using higher-order attenuation functions

This paper presents a novel method for volume rendering of unstructured grids. Previously, we introduced an algorithm for perspective-correct interpolation of barycentric coordinates and computing polynomial attenuation integrals for a projected tetrahedron using graphics hardware. In this paper, we enhance the algorithm by providing a simple and efficient method to compute the projected shape (silhouette) and tessellation of a tetrahedron, in perspective and orthographic projection models. Our tessellation algorithm is published for the first time. Compared with works of other groups on rendering unstructured grids, the main contributions of this work are: 1) A new algorithm for finding the silhouette of a projected tetrahedron. 2) A method for interpolating barycentric coordinates and thickness on the faces of the tetrahedron. 3) Visualizing higher-order attenuation functions using GPU without preintegration. 4) Capability of applying shape deformations to a rendered tetrahedral mesh without significant performance loss. Our visualization model is independent of depth-sorting of the cells. We present imaging and timing results of our implementation, and an application in time-critical "2D-3D" deformable registration of anatomical models. We discuss the impact of using higher-order functions on quality and performance.     

Frustum slicing

In this paper visibility culling is integrated tightly with an octree data structure. This is done by slicing the frustum in such a way that the minimal distance from the eye to objects in a given frustum slice is twice the minimal eye to object distance of the previous slice. Then, if one has a fixed minimal detail size, i.e. a minimal spatial angle so that objects of lesser angular extensions are not rendered to the screen then, going from one slice to the next, objects must be twice as big in order to be rendered. This corresponds to traversing the octree one level less deeply. Thus the minimal detail size hugely cuts the number of nodes that the rendering algorithm must visit, a fact that becomes even more pronounced when noting that small objects are far more prevalent than are big objects. By splitting the frustum into focal and peripheral frusta and, consequently, splitting frustum slices into focal and peripheral ones, one can further take advantage of detail elision by rendering objects far from the line of sight only to some larger minimal detail size.     

GPU加速的光滑轮廓线绘制

轮廓线的高效提取是非真实感绘制的一个关键问题。提出了一个完全利用GPU生成光滑轮廓线的高效算法。在几何处理阶段,先根据相邻三角形的法向量与视向量的关系检测出轮廓线,然后对轮廓线进行宽度扩充,同时对轮廓线顶点设置相应的渐变因子;在像素处理阶段把渐变因子转化为相应的alpha值,通过光照生成卡通渲染,最后通过alpha混合得到光滑轮廓线。算法完全在GPU里实现,能满足实时的绘制要求。     

Pencil-like sketch rendering of 3D scenes using trajectory planning and dynamic tracking

Objective: We present a new non-photorealistic rendering method to render 3D scenes in the form of pencil-like sketches.Methods: This work is based on the observation that the dynamic feedback mechanism involving the human visual system and the motor control of the hand collectively generates the visual characteristics unique to hand-drawn sketches. At the heart of our approach is a trajectory planning and tracking algorithm that generate the sketch in multiple layers using a dynamic pen model. On each layer, a set of target strokes are generated from the silhouette lines, edges, and shaded regions which serve as the target trajectory for a closed-loop dynamic pen model. The pen model then produces the rendered sketch, whose characteristics can be adjusted with a set of trajectory and tracking parameters. This process continues in several layers until the tonal difference between the sketch and the original 3D render is minimized.Results: We demonstrate our approach with examples that are created by controlling the parameters of our sketch rendering algorithms.Conclusion: The examples not only show typical sketching artifacts that are common to human-drawn sketches but also demonstrate that it is capable of producing multiple sketching styles.