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.     

基于硬件细分的层次细节地形渲染算法

针对顶点着色器细分地形网格需要额外生成模板、计算细分层次复杂的不足,提出了一种利用细分着色器进行地形网格细分的层次细节(LOD)地形渲染算法。利用分块四叉树组织建立地形粗糙网格的分层结构,以LOD判别函数对活动地形块进行筛选;提出了在细分控制着色器中基于视点三维连续距离的细分因子计算方法,并针对外部细分因子进行处理消除了裂缝;实现在细分计算着色器上的置换贴图,对精细网格的高度分量进行位移。而且将四叉树结构存储至顶点缓冲区,减少中央处理器(CPU)与图形处理器(GPU)的资源交换;引入细分队列加速细分过程。实验证明,该算法具有平滑的细节层次过渡和良好的细分效果,能够有效提高GPU利用率和地形渲染效率。     

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。     

基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟

基于粒子系统的雨雪模拟大幅提高了三维场景的真实感,但传统的基于中央处理(CPU)的粒子系统的渲染效率难以达到在大规模场景中进行雨雪渲染的要求.为此,提出了一种基于GPU的粒子系统来渲染雨雪场景的算法.该算法在视点前的一个固定区域内产生和绘制粒子,在顶点着色器中进行粒子属性的更新,在几何着色器中将粒子从点扩展为矩形,并对每一帧中的粒子的属性进行缓存处理,保证了粒子属性更新的连续性.此外,采用多幅雪花纹理与粒子随机组合,使雪花效果符合多样性和随机性.实验结果表明,该算法能在大规模场景中进行雨雪效果的实时渲染,并有较高的真实感.     

基于枚举四叉树的多分辨率几何图像绘制方法

为提高多分辨率几何图像的实时绘制效率,将枚举四叉树思想引入到传统四叉树的设计中,提出以单个枚举四叉树节点作为独立渲染单元的方法,极大地减少了绘制函数的调度次数.针对实时绘制时几何图像不同层次边缘易产生裂缝的现象,采用枚举四叉树的结构,在数据预处理阶段构造基础渲染节点时用分段函数消除节点内部的裂缝;实时绘制阶段在GPU上使用反正切函数控制顶点偏移,消除节点间的裂缝.实验结果证明,枚举四叉树结构能充分利用GPU的批量处理能力,有效地提高了绘制效率;裂缝处理算法易于GPU实现,获得了较高的帧率和较好的绘制效果.     

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。     

分块LOD大规模地形实时渲染算法

针对大规模地形渲染时内存消耗大、帧速率低的问题,提出一种基于线性四叉树的分块层次细节实时渲染算法.在Geomipmapping算法的基础上,首先通过降采样获得相同尺寸的高程数据,结合不同缩放、平移因子,离线建立地形块金字塔结构;然后构建地形块的线性四叉树索引,并定义更为合理的地形块调度准则;最后利用垂直裙带法消除裂缝,设计基于GPU的morphing方法实现顶点的几何过渡.实验结果表明,文中算法能明显减少高程数据存储量,有效地降低了CPU处理时间和GPU渲染批次;在保证画面平滑流畅的同时,达到了较高的渲染速率.     

基于层渲染的CSM

为在大规模场景中产生良好的阴影效果,提出一种基于层的改进型CSM(级联阴影图)算法,通过GPU(可编程图形处理硬件)、几何着色器和层渲染的使用,分割视椎体,对每个视椎体生成阴影图,渲染阴影,解决传统的单Pass阴影图算法的走样问题和多Pass的阴影图算法CSM由于多Pass的原因使得应用的帧率几乎是以Pass数线性降低,而限制了其在大规模场景中应用的问题。实验结果表明该方法在大规模仿真系统(塔台模拟系统)下能够高效真实的渲染出阴影效果,有较高的绘制效率和真实感。     

基于GPU的海量离散点高程并行插值算法

提出一种基于GPU的高程并行插值算法,实现了对三维地表上海量离散点的并行加速渲染。通过高程纹理组织三维地表网格高程数据作为离散点渲染的基础,并通过GLSL编写GPU着色器程序动态控制图形渲染管线,实现视点相关的高程并行插值算法。实验结果表明,提出的基于GPU的高程并行插值算法较传统的内存插值算法,将三维地表上海量离散点的渲染量级从百万级提高到了千万级。     

基于几何着色器的Shadow Volume实时阴影实现

通过几何着色器生成Shadow Volume实时阴影。利用几何着色器能生成新顶点与输出流的特性,将以往由CPU完成的产生封闭阴影体的计算转移到图形处理器中实现。该实现能提高算法渲染效率,可以进一步解放CPU的处理时间。比传统先由CPU生成阴影体雏形的方法更简单,性能更优秀。