在GPU上实现地形渲染的自适应算法

为了满足飞行状态实时监控系统对地形渲染快速逼真的要求,提出一种基于GPU的交互式地形自适应渲染算法.该算法中每帧渲染包含2遍GPU处理过程:第1遍采用流计算的方式,利用固定网格映射方法生成粗糙地形采样网格,在此基础上,根据地形表面复杂度计算粗糙采样网格中每个三角形的细化深度;第2遍进行地形的渲染,根据第1遍计算出来的每个面片的细化等级,选择初始化阶段预存储在GPU缓存中的不同细化等级的网格模板,对粗糙采样网格进行自适应细分,为了消除T型连接的问题,在顶点着色器中包含了一个网格模板的匹配处理过程.最后采用高程数据配合卫星照片的方式,生成具有高度仿真的三维虚拟地貌.基于文中算法实现的实时监控系统在支线飞机的飞行试验中取得了较好的效果.     

3D非均匀直线网格GPU体绘制方法研究

计算机图形硬件技术的快速发展可以用来加速可视化过程,为此针对非均匀直线网格,给出了基于均匀辅助网格的CPU光线投射算法、基于辅助纹理的GPU光线投射算法,以及基于切片的3D纹理体绘制算法,并在Nvidia Geforce 6800GT图形卡上对这些算法进行了测试。结果表明,GPU算法远远快于CPU算法,而基于切片的3D纹理体绘制算法则快于GPU光线投射算法。     

屏幕空间自适应的地形Tessellation绘制

为了在大规模真实感地形渲染中利用GPU硬件加速的Tessellation技术,在对地形Tessellation原理分析的基础上,提出一种屏幕空间自适应的地形Tessellation绘制算法,实现了在GPU内部对地形模型的三角形自适应细分。该算法采用Tile和Patch的形式对地形数据进行分层组织,在CPU和GPU上分别以Tile和Patch为基础实现地形LOD(level of detail)的自适应简化;提出在Hull Shader上基于Patch边界的细分系数计算模型,确保了Patch细分时的无缝连接;给出了Domain Shader上置换贴图的处理过程,以实现细分顶点的高程纹理映射;并且采用了两级视锥体裁剪机制,减少了渲染数据的冗余量。实验结果表明,该算法具有较好的屏幕空间自适应性和渲染性能,能够在输入粗糙网格的基础上,渲染输出高分辨率几何细节特征的地形模型。     

直线网格B样条混合滤波GPU光线投射

为了快速、高质量地绘制直线网格,提出B样条混合滤波方法,实现加速网格,并将其应用到直线网格GPU光线投射.证明了三次B样条基函数导数的符号性质,进而证明用快速三次滤波方法(S& H方法)计算非均匀B样条函数的导数会出现误差.据此,在光线积分计算中,如果条件允许,采用S & H方法;否则采用基于B样条基本公式的滤波方法.另外,证明三次B样条函数导数的范围,以实现梯度量调制和加速网格;在光线积分计算中,利用梯度量调制表现物质的分界面;利用加速网格,跳过无效积分步,加快绘制速度.实验结果表明,采用混合滤波的直线网格GPU光线投射方法能消除S&H方法导致的走样现象;与基于B样条基本公式的绘制方法相比,该方法更快;如果模拟或测量的物体本身是光滑的,该方法能快速反映其真实特征.     

GPU加速的台风可视化方法

自然现象的可视化是计算机图形学和虚拟现实领域的重要研究内容。对传统光线投射算法分析的基础上进行改进,提出基于球壳体的光线投射算法。将GPU运用于球壳体数据场的体绘制,设计了基于球壳体数据场的顶点着色程序和像素着色程序。同时,对台风源数据格式进行解析,生成了用于台风可视化的体数据,采用提出的算法实现了台风云层和因子的可视化。实验结果表明,本文基于GPU的球壳体光线投射算法在球体表面较好地实现了实时台风可视化效果。     

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Geometry Clipmap的三维地形可视化研究

随着数字科技的广泛应用和信息化普及的逐渐深入,实现地形的三维可视化的重要性日渐彰显。但目前的普通PC内存容量无法容纳海量的几何数据和纹理数据。为解决这个问题并提高绘制的效率,采用Geometry Clipmap算法绘制地形,充分利用GPU以提高绘制效率,通过顶点纹理获取各顶点高程值。同时,简化了三角形条带的组织方式,使用简化的视锥体裁剪方法和动态确定绘制层数方法减少需要绘制的顶点数。根据特定层结构,提出数据更新的新方法(二进制定位法)减少视点移动时各帧的数据更新量。实验结果表明,该方法使用很少的内存完成大规模地形绘制,且取得了较高的帧率,漫游流畅,保证了地形的真实感,能满足大规模地形实时可视化的要求。     

大规模地形的快速漫游算法

虚拟战场仿真中,对大规模地形进行实时、逼真的绘制是个关键问题.在ROME算法的基础上采用了基于视点的连续LOD优化算法,通过对大规模地行进行预分块,采用投影三角形扫描算法实现快速裁剪,较大的减少了实际需要绘制的网格数据量,提高了运算速度,在实时性方面有了较大的改进.对于不同等级网格边界间的裂缝问题,采用ROME算法中的基于二元三角形的强制分割方法消除.实验结果表明,算法运行结果良好,在普通PC机上实现了动态的具有连续细节层次的大规模地形实时漫游.算法简单实用,地形渲染后的视觉效果良好.     

大规模地形实时可视化算法

提出一种实现大规模三维地形可视化的算法。该算法主要通过地形数据分块和多线程数据动态调度技术实现海量地形数据的实时动态调度,利用四叉树结构来简化地形网格,通过引入Y型基元的方法消除边界裂缝。实验结果表明,采用该方法可以实时生成大规模地形,提高地形漫游的效率与可视化效果。     

基于GPU的实时光线投射算法

介绍了一种基于GPU（可编程图形处理单元）的快速实时光线投射算法。为满足大规模体数据集的绘制要求,利用当前GPU的新特性,直接将体数据作为纹理载入显存,采用预积分分类方法在GPU中对体数据进行重采样和分类,避免了计算机主内存与GPU纹理内存之间数据交换的瓶颈问题;利用硬件支持的三维纹理和片元着色器,实时计算每个体素的梯度,实现高质量的光照,保证高质量的图像绘制效果。实验结果表明该方法在医学三维数据场可视化中,能够实时、高效地生成高质量的交互式体可视化图像。