基于层次细节模型的遮挡裁剪算法

遮挡裁剪和应用层次细节模型是两种有效的三维复杂场景渲染加速算法，为了快速地进行三维复杂场景的渲染，提出了一种结合层次细节模型与遮挡裁剪技术的算法框架，该算法首先在预处理阶段，将场景划分成不同空间层次结构；然后在运行时刻，对较高的空间层次，可应用遮挡裁剪技术判别场景的可见性，并裁剪掉不可见场景部分，而在局部的较低层次上，则应用网格简化方法来选择适当的模型层次细节，实验结果显示，该算法取得了较好的加速性能。     

面向动态流程工厂模型的快速分层层次细节法

分析了现有基于面片的分层层次细节算法在处理大规模动态流程工厂模型时存在的预处理时间过长、更新操作耗时等不足.提出一种新的基于基本体元的快速分层层次细节方法.该方法在体元级别对设备和元件进行聚合,对管线进行分割,建立场景图,然后基于几何参数和形状特征计算各体元的层次细节.利用管子及其元件的拓扑连接关系构成"组合管子",在体元级别对其进行合并简化.实验结果表明,对具有10M左右面片复杂度的动态流程工厂模型,该方法在普通PC机上能够在保证一定绘制质量的前提下将模型绘制速率平均提高3倍左右,并且将预处理时间控制在7min以内.     

基于多线程并行的大规模场景交互漫游研究

针对大规模三维场景的交互漫游,提出了一种基于多线程并行调度解决方案,并给出了相应的交互漫游算法.该方法使用离散层次细节技术结合视点相关的动态连续层次细节选择和过渡的批LOD技术.在预处理阶段,对大规模场景进行分层分块处理;在实时漫游阶段,采用多线程并行技术:绘制线程利用四又树层次进行可见性剔除和视点相关简化获取当前可绘地形,并将其提交给GPU进行绘制.预取线程通过预测视点的位置,从外存预取相关的几何数据并调入内存.将该方法应用于具体实例,取得了良好效果,证明了该并行方法的有效性.     

层次可见性与层次细节地表模型相结合的快速绘制

大规模地表模型的实时绘制是虚拟现实技术中重要的研究课题之一。为了加速地表模型的绘制，人们采用视点相关的动态多分辨率层次细节模型方法，但是算法效率依然有待提高。该文提出一种层次可见性与层次细节地表模型相结合的快速地形绘制方法。算法旨在利用地表模型所具有的horizon特性在预处理中为地表多分辨率块模型建立相应的层次“块”可见性结构，快速判定地形块相对于当前视点的可见性，以减少多分辨率模型中模型细节的处理和绘制三角形的数目。同时为消除地表模型层次变化所带来的可见性错误，算法提出一种层次结构可见性计算方法，以修正多分辨率模型所带来的可见性动态变化。实验结果表明算法有效地提高了绘制效率，是可行的。     

动态场景下视点相关简单块状分层方法

针对虚拟现实动态场景下规则模型组细节层次渲染速度优化问题,提出一种基于块状分层建模思想的视点相关细节层次表示方法。该方法以简单的方式实现规则模型组动态LOD表示和场景模型文件的合理缩减。首先通过块状分层有效组织管理三维场景,使总体动态场景文件有所减少,然后利用所提动态权系数算法,计算各块状分层动态显示系数,最终以简单、快速的方式构建三维场景动态变化下场景模型,实现各结构块不同细节层次显示的虚拟动画。实验结果显示,该方法能够减小程序文件6.8%~10.6%,证明块状分层易于实现和方法的有效性。     

视点依赖的温室场景模拟与交互式漫游

为对包含日光温室的农业场景进行实时、逼真的绘制,采用基于视点的连续细节层次（LOD）来减少实际需要绘制的网格数据量,并基于包围盒技术实现了视点的碰撞检测,同时使用可见性剔除算法来加速场景渲染速度。在渲染温室内植物时,通过几何变换实现了大规模植物群体的快速构建,并在场景中使用阴影体算法来渲染阴影,生成了具有真实感的大规模温室农业场景。模拟结果表明该方法能有效地减少渲染的面元数目,大大提高了绘制速率,场景有较高的真实感,能够满足交互式实时漫游的要求。     

大规模地形无缝漫游技术研究*

针对大规模地形动态漫游提出实现流程和算法框架,基于分层分块地形LOD组织存储策略完成数据预处理,绘制阶段提出视点相关的地形调度和简化算法,利用多线程处理机制进行地形块裁剪和内外存数据交换,借助GPU硬件实现场景加速绘制算法,并提出分块地形和纹理数据的无缝拼接策略。真实数据实验的算法比较和性能测试结果表明,该方法具有支持数据量大,绘制效率高、实用性强等特点。     

适于点绘制的层次多分辨率建模方法的研究

在基于点的图形绘制技术中,需要记录大量的场景采样点,如何有效地组织这些数据是实现快速高效绘制的关键问题之一。论文研究了适于点绘制的有效数据组织——层次多分辨率建模,分析了三种常用的模型结构及其构建算法,讨论了模型结构中的层次细节选择方案,提出了一种层次细节的顺序选择方法,实验证明这些方法是有效的。     

3D多层次模型简化算法的研究

细节层次模型(LOD)是指对同一个场景或场景中的物体,使用具有不同细节的方法得到一组模型,供绘制时使用.建立LOD模型能很有效地降低数据量和复杂度,实现三维场景的实时处理.以研究多层次细节模型快速生成算法为目的,在分析当前多层次细节模型生成算法的基础上,构建了三角形面片的权值计算公式,设计和实现了基于面片删除操作的LOD算法,详细描述了算法的设计,给出了算法实现所需的关键公式,最后给出了算法的应用实例和对算法时间效率的分析.此算法的最大特点是在不同的层次细节模型之间快速地平滑过渡.从试验结果和分析可见,该算法可以满足大的3D模型快速生成和交互的需要,同时也证明了算法的正确性和实用性.     

基于概率计算模型改进的相关性层次遮挡裁剪算法

对复杂动态场景进行高效的可见性裁剪是实时绘制领域研究中的一个重要问题.围绕该问题开展工作,并针对相关性遮挡裁剪算法中的问题进行了改进.针对相关性层次遮挡裁剪算法存在冗余和不必要遮挡查询的问题,给出了一种概率计算模型.通过比较遮挡查询时间开销与绘制时间开销的数学期望,改进了相关性遮挡裁剪算法中遮挡查询的查询策略,从而进一步缩小了查询集合,使遮挡查询更加合理.实验结果表明,该算法对深度复杂度高、面片数量大的复杂动态场景有较好的裁剪效率,能够很好地满足实时绘制的要求.     

Flexible point-based rendering on mobile devices

We have seen the growing deployment of ubiquitous computing devices and the proliferation of complex virtual environments. As demand for detailed and high-quality geometric models increases, typical scene size (often including scanned 3D objects) easily reaches millions of geometric primitives. Traditionally, vertices and polygons (faces) represent 3D objects. These representations, coupled with the traditional rendering pipeline, don't adequately support display of complex scenes on different types of platforms with heterogeneous rendering capabilities. To accommodate these constraints, we use a packed hierarchical point-based representation for rendering. Point-based rendering offers a simple-to-use level-of-detail mechanism in which we can adapt the number of points rendered to the underlying object's screen size. Our work strives for flexible rendering - that is, rendering only the interior hierarchy nodes as representatives of the subtree. In particular, we avoid traversal of the entire hierarchy and reconstruction of model attributes (such as normals and color information) for interior nodes because both operations can be prohibitively expensive. Flexible rendering also lets us traverse the hierarchy in a specific order, resulting in a fast, one-pass shadow-mapping algorithm.     

大规模外存场景的交互绘制

在场景分割的基础上,提出一种连续分层层次细节模型组织场景,并对视点空间进行划分,为每个视点单元计算恰好满足单元内任意视点屏幕像素误差的场景图节点列表,称为cell-front;然后利用cell-front对外存模型的存储进行重新设计.在绘制时采用多线程技术,绘制线程对当前cell-front进行可见性剔除和视点相关的选择绘制;预取线程采用一种基于视点单元的预取策略,利用视点单元之间cell-front的变化控制预取数据的调度.该算法能够在保证场景绘制质量的前提下,在普通的PC机上实现大规模外存场景的实时交互显示.     

Incremental Updates for Rapid Glossy Global Illumination

We present an integrated global illumination algorithm including non-diffuse light transport which can handle complex scenes and enables rapid incremental updates. We build on a unified algorithm which uses hierarchical radiosity with clustering and particle tracing for diffuse and non-diffuse transport respectively. We present a new algorithm which chooses between reconstructing specular effects such as caustics on the diffuse radiosity mesh, or special purpose caustic textures, when high frequencies are present. Algorithms are presented to choose the resolution of these textures and to reconstruct the high-frequency non-diffuse lighting effects. We use a dynamic spatial data structure to restrict the number of particles re-emitted during the local modifications of the scene. By combining this incremental particle trace with a line-space hierarchy for incremental update of diffuse illumination, we can locally modify complex scenes rapidly. We also develop an algorithm which, by permitting slight quality degradation during motion, achieves quasi-interactive updates. We present an implementation of our new method and its application to indoors and outdoors scenes.     

Quick-VDR: out-of-core view-dependent rendering of gigantic models

We present a novel approach for interactive view-dependent rendering of massive models. Our algorithm combines view-dependent simplification, occlusion culling, and out-of-core rendering. We represent the model as a clustered hierarchy of progressive meshes (CHPM). We use the cluster hierarchy for coarse-grained selective refinement and progressive meshes for fine-grained local refinement. We present an out-of-core algorithm for computation of a CHPM that includes cluster decomposition, hierarchy generation, and simplification. We introduce novel cluster dependencies in the preprocess to generate crack-free, drastic simplifications at runtime. The clusters are used for LOD selection, occlusion culling, and out-of-core rendering. We add a frame of latency to the rendering pipeline to fetch newly visible clusters from the disk and avoid stalls. The CHPM reduces the refinement cost of view-dependent rendering by more than an order of magnitude as compared to a vertex hierarchy. We have implemented our algorithm on a desktop PC. We can render massive CAD, isosurface, and scanned models, consisting of tens or a few hundred million triangles at 15-35 frames per second with little loss in image quality.     

Modelling and Rendering Graphics Scenes Composed of Multiple Volumetric Datasets

This paper presents a method for modelling graphics scenes consisting of multiple volumetric objects. A two-level hierarchical representation is employed, which enables the reduction of the overall storage consumption as well as rendering time. With this approach, different objects can be derived from the same volumetric dataset, and 2D images can be trivially integrated into a scene. The paper also describes an efficient algorithm for rendering such scenes on ordinary workstations, and addresses issues concerning memory requirements and disk swapping.     

Automatic Hybrid Hierarchy Creation: a Cost-model Based Approach

While using hierarchical search structures has been proved as one of the most efficient acceleration techniques when rendering complex scenes, automatic creation of appropriate hierarchies is not solved yet. Well‐known algorithms for automatic creation of bounding volume hierarchies are not enough. Higher performance is achieved by introducing spatial uniform subdivision, although algorithms proposed up to now are not truly automatic, as they need some parameters to be adjusted. In this paper we present a full‐automatic hierarchy creation scheme that structures the scene in a hybrid way, combining bounding volumes and voxel grids in the same tree, selecting the search structure that best fits to each scene region. It uses no parameters at all. This efficient proposal relies on a new cost model that estimates the goodness of a hybrid hierarchy if used for rendering the scene. ACM CSS: I.3.7 Computer Graphics—Three‐Dimensional Graphics and Realism     

面向具有重复结构的大规模CAD模型的快速渲染

目的 基于普通个人计算机快速渲染大规模计算机辅助设计（CAD）模型仍然是个挑战。针对由少量基本对象按一定规律排布而成的大规模CAD模型——重复结构CAD模型,提出一种快速渲染方法,能够在个人计算机上的快速渲染大规模重复结构CAD模型。方法 该方法首先利用重复结构CAD模型的层次结构特征,结合现代GPU的Render-To-Texture的功能进行快速视锥裁剪,节约视锥裁剪时间;然后利用重复结构CAD模型中对象按规律布置的特点,仅对少量基本对象进行面片化,其他对象的面片模型在渲染时根据对象排布规律由基本对象的面片模型实时变换生成,解决大规模CAD模型内存需求过多的问题。结果 基于超级蒙卡核模拟软件系统SuperMC,使用典型重复结构模型——HM（hoogenboom-martin）、ADS（accelerator driven sub-critical system）、DCA（deuterium critical assembly）全堆芯CAD模型进行测试,HM、ADS、DCA模型分别由1 114 384,113 952和20 808个实体组成。测试结果表明,裁剪算法能大幅减少待渲染对象数量,渲染速度明显提高,且模型规模越大,本文方法优势越明显,在远视角的情况下提升效果最为突出,能提升3倍左右;结论 针对任意大规模CAD模型的快速渲染仍然是一个挑战,但本文针对重复结构CAD模型的特点,针对性地提出一套专用渲染策略,在个人计算机上实现大规模重复结构CAD模型的快速渲染。使用多个典型重复结构模型——反应堆全堆芯模型进行测试,测试结果表明了本文方法的有效性。     

大规模复杂场景交互绘制技术综述

大规模复杂场景的快速绘制是虚拟现实、实时仿真和三维交互设计等许多重要应用的底层支撑技术,也是诸多研究领域面临的一个基本问题.随着近几年三维扫描和建模技术的飞速发展,三维场景的规模和复杂度不断增大,大规模复杂场景的交互绘制受到了国内外研究者越来越多的重视并取得了一系列研究成果.首先简要回顾了大规模复杂场景交互绘制的研究进展情况;然后通过对其中涉及的主要关键技术进行总结分析,并对国内外典型的绘制系统进行比较和分类,阐述了大规模复杂场景交互绘制的主要研究内容,给出了大规模复杂场景交互绘制系统所应包含的基本组成部分和一般框架;最后对今后的发展方向做出了展望.