基于体平滑的体绘制纹理伪边界消除算法

直接体绘制能够清楚的显示三维数据场的内部信息,是科学可视化中非常重要的一类方法。其中,基于二维纹理映射的三维数据直接体绘制方法具有绘制速度快、可交互性强的优点。其基本思路是将三维数据体在时间或深度方向形成一组水平纹理切片,通过这些切片的纹理贴图,实现三维数据体的体绘制,在交互性和资源消耗之间取得了较好的平衡。本文针对基于二维纹理映射的直接体绘制方法中在透明与不透明边界产生阶梯状条纹的伪边界问题,提出了一种基于体平滑的算法。该算法通过在透明数据与不透明数据的边界进行体平滑,使采样过程中缺失的数据表现到抽样的切片上,从而在最终图像生成阶段淡化甚至消除阶梯状条纹伪边界。实验结果表明,相对于传统二维纹理映射方法,本算法实现体绘制效果平滑,提高了绘制效果。     

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。     

飞行仿真中真实感三维云的快速绘制方法

近年来提出的云的真实感绘制算法大多采用纹理操作进行绘制,绘制算法复杂,渲染过程较长,对计算机硬件的要求高,不能完全满足飞行仿真的实时性要求。为解决上述问题,从光的单一散射出发,考虑云和大气粒子引起的光衰减率,采用阴影切片的方法分割体数据,在太阳照射方向上和视点观察方向上对切片数据进行分析,从而快速绘制出真实感三维云。仿真结果表示,生成的三维云效果真实,具有良好的实时性,能够满足飞行仿真及其他领域的要求。     

基于三维纹理的实时流体模拟

本文描述了一种利用基于Open GL三维纹理实现的直接体绘制方式显示流体模拟结果的方法。以JosStam的二维流体模拟模型为基础，扩展出三维流体模拟的模型；然后通过将密度场映射到三维纹理空间，实现实时的显示；并通过引入全局光照模型，得到真实感的渲染效果。最后通过与粒子系统进行对比，分析了本方法的显示效果优势。     

基于空间跳跃的三维纹理硬件体绘制算法

本文提出了一种用于加速三维纹理硬件体绘制的空间跳跃算法。     

基于实时梯度计算的快速纹理映射体绘制

本文分析讨论了一种基于实时梯度计算的纹理映射体绘制算法。在绘制过程中实时计算每个体素上的梯度，有效地减少了在传统基于纹理映射的体绘制中，对梯度预先计算的耗时操作，也降低了内存的消耗，加快了整个绘制过程。同时，采用三维Sobel算子对梯度进行计算，并进行归一化处理，有效地提高了绘制图像的质量。在实现中充分利用了目前PC图形硬件成熟的可编程特性，特别是fragment program，来完成梯度的实时计算。最后对医学体数据进行绘制，得到了理想的结果。     

大规模三维地形生成算法的实施与分析

为了探讨适合于虚拟现实中大规模三维地形生成的算法,文章分析了均匀网格算法和ROAM算法的原理及其特点,基于Molehill渲染引擎采用两种不同的算法实施了地形数据的模拟与绘制。实验结果表明,由于ROAM算法可根据视点的位置动态地计算模型的细节层次,减少了每帧渲染多边形的数量,所以,提高了大规模地形数据的运算效率,适合于大规模三维地形场景的虚拟建模需求。     

基于预计算切片序列的动态体绘制技术

为进一步提高基于硬件加速的体绘制技术的渲染性能,解决海量体绘制应用中体数据可视化环节的性能瓶颈,文中提出了一种基于硬件加速的实时切片体绘制技术的优化模型。相对于完全基于实时切片的体绘制系统,应用该技术在保证最终图像渲染质量的同时可节省动态判断切片方程的计算开销并大幅降低运行时的数据带宽需求。基于预计算的动态体绘制在切片方向选择空间中选取一组彼此正交的切片方案,并在预处理阶段生成切片几何数据,运行时根据视点位置通过特定判断算法进行方案选择。对基于分块的海量数据体绘制系统,该技术可有效降低海量体绘制的总体带宽消耗,从而进一步拓展系统的渲染规模。     

基于分块混合八叉树编码的海量体视化研究

在介绍当前体数据的数据模型与绘制方法的基础上，使用混合八叉树进行体数据的描述，实现了对其自适应分块存储。并用体元投射和三维纹理映射方法分别实现了混合八叉树的体绘制与多分辨率绘制。实验结果表明，该文的算法较好地实现了基于混合八叉树结构的海量体数据的组织、存储和绘制。     

基于标准PC机的大数据实时体绘制算法研究究

为了解决在标准PC机上对大数据进行实时体绘制的问题，提出了一种基于图形处理器的大数据高质量体绘制算法。该算法采用三维纹理映射作为核心的绘制算法，结合可见性测试、遮挡测试和模板测试来加快绘制速度。实验结果表明，对虚拟人体数据，可以在不损失图像质量的前提下，以可交互的速度进行绘制。     

复杂背景下彩色数字图像分割算法研究

为了提高复杂背景下彩色数字图像分割的准确率,减少噪声对图像处理的干扰,尽可能的缩短运行时间,需要对复杂背景下彩色数字图像分割算法进行研究。当前图像分割算法在彩色数字图像分割的过程中,仅仅考虑了图像像素的亮度值,没有考虑其空间特征,存在计算的复杂性过大等缺陷,影响彩色数字图像处理效果。为此,提出了一种基于随机权重粒子群的复杂背景下彩色数字图像分割算法。该算法先采用多尺度均匀滤波方法,对复杂背景下彩色数据图像进行划分,其中包含噪声和不含噪声的像素点的亮度值、结构元素以及局部区域内的图像像素加权亮度密度特征。采用多段图分割获取彩色数字图像的优化分割,在平滑项中代入彩色数字图像梯度信息,对彩色数字图像分割结果中的弱边界进行剔除,从而实现准确的彩色数字图像分割。实验仿真证明,所提算法增加了彩色数字图像分割的对比度和信噪比,提高了复杂背景下彩色数字图像分割的准确性。     

在Matlab环境下实现体绘制法的生物切片图象的三维重建

在生物学领域、如何将生物切片图象进行三维重建并显示,日益受到人们所重视。体绘制法能够避免重建过程所造成的伪象痕迹,缩短了在体数据中寻找、计算物体表面的时间和不丢失细节,更加准确地反映出体数据所包含的形状结构。Matlab提供了各种矩阵运算、操作和图象显现工具,文章利用Matlab工具箱有用体绘制法进行生物切片图象的三维重建,试验结果理想。     

基于模型移植的高效数据引擎构造方法

在研究MAYA、空间数据结构以及OpenGL的基础上,用分离提取的方法把MAYA制作的三维模型移植为一种规范、优化、有空间数据结构的M3D数据模型。在只有视点移动的大型三维虚拟场景开发中应用这种数据模型,既有助于在OpenGL建立的虚拟环境中快速构建大量、复杂、逼真的三维模型,又有助于实现实时渲染精细场景的目标。     

基于GPU的地球大气层和三维体积云仿真

分析地球大气层的实际参数及大气密度随海拔高度变化的关系,设计光线投射算法,在图形处理器中实现空气粒子的精确大气散射运算,通过建立3D查找表对计算过程进行加速,实现地球大气层的高效仿真和大气内部高密度三维体积云的实时渲染.实验结果表明,该方法真实感较强,渲染效率较高.     

三维地形板块构造模型的研究

在三维地形实时、快速渲染的研究中,提出了一种板块构造模型。为实现地形板块之间的实时过渡渲染,提出了插槽算法。通过实验,该模型能够解决超大地形的快速访问和渲染问题,适合分布式应用。     

Generating high-quality discrete LOD meshes for 3D computer games in linear time

The real-time interactive 3D multimedia applications such as 3D computer games and virtual reality (VR) have become prominent multimedia applications in recent years. In these applications, both visual fidelity and degree of interactivity are usually crucial to the success or failure of employment. Although the visual fidelity can be increased using more polygons for representing an object, it takes a higher rendering cost and adversely affects the rendering efficiency. To balance between the visual quality and the rendering efficiency, a set of level-of-detail (LOD) meshes has to be generated in advance. In this paper, we propose a highly efficient polygonal mesh simplification algorithm that is capable of generating a set of high-quality discrete LOD meshes in linear run time. The new algorithm adopts memoryless vertex quadric computation, and suggests the use of constant size replacement selection min-heap, pipelined simplification, two-stage optimization, and a new hole-filling scheme, which enable it to generate very high-quality LOD meshes using relatively small amount of main memory space in linear runtime.     

大规模三维云实时模拟方法

针对虚拟环境中大规模三维云渲染开销大的问题,提出一种大规模三维云实时模拟方法.在云建模方面,利用Navier-Stokes流体力学公式模拟云的动态生成,提出一种基于八叉树的模型化简策略,减少了云模型粒子数;在渲染阶段,提出一种基于Cell的绘制更新策略,结合Impostor技术自动混合绘制三维云与Impostor,实现了大规模三维云的实时模拟.实验结果表明,该方法基于物理的方法模拟云,同时在绘制阶段根据视点的移动实时更新,效果逼真;与同类方法相比,基于Cell的绘制策略更新时计算量更小,有效地避免了绘制更新时常见的抖动和跳变问题.     

实时多波束海底地形数据三维瀑布图绘制方法

针对深水多波束测深数据的特点和实时显控的需求,提出了一种通过内存缓存技术以队列方式有效组织多Ping海底测深数据,采用局部更新技术提高数据更新效率,利用查表方法减少顶点高程赋色计算代价,进而结合VBO技术加速渲染过程的实时多波束海底地形探测数据三维瀑布图快速绘制方法,并在三维瀑布图实时绘制过程中实现了支持平移、旋转和缩放等交互操作。对实际多波束海底地形探测数据实时绘制的实验结果表明,该方法高效、稳定、光照效果佳,能很好地满足多波束海底地形探测数据的实时显控需求。     

基于图像分割的三维重构

三维重构方法是医学图像可视化系统、治疗计划系统的重要技术。基于图像分割的三维重构方法结合了图像分割、等值面抽取、网格简化三种技术,是不同于传统Marching Cubes算法的一种三维重构方法。它首先将医学图像分割为二值图,然后利用Marching Cubes方法进行等值面抽取,最后对得到的网格模型进行简化。实验结果表明,基于图像分割的三维重构方法加快了Marching Cubes的运算速度,改善了重构的效果,有利于实现对基于三维重构的大型几何模型的实时绘制和交互。