大型网格模型多分辨率的外存构建与交互绘制

结合多分辨率、网格排布和基于视点的绘制技术,提出一种外存多分辨率构建和绘制算法.采用适应性八叉树对模型的包围盒进行划分,自顶向下构建模型的多分辨率层次结构,较好地保持了原模型的细节分布;并对多分辨率结构中每个节点所包含的三角形片段进行网格排布优化,降低了缓存的平均失效率;在实时绘制时,采用基于视点的细节层次选择策略进行模型的细化;最后通过引入数据预取机制来隐藏磁盘I/O延时,进一步提高绘制性能.实验结果表明,该算法在绘制速度与细节保留上均优于同类MRMM算法.     

基于可编程图形管线的大规模流程工厂模型多分辨率绘制方法

针对流程工厂设计中3维校审的实际需求,提出了基于可编程图形管线的大规模流程工厂模型多分辨率绘制方法。在分析了流程工厂模型特征的基础上,通过基本体元多分辨率模板构建对象的多分辨率模型,并在构建过程中保证低分辨率模型顶点集是高分辨模型顶点集的子集。因此,每个对象只需保存其最高分辨率下的顶点信息及各分辨率下的顶点索引。在此基础上,通过对显存中顶点缓冲、索引缓冲的有效管理,不仅实现了在渲染过程中利用顶点索引的变换完成不同分辨率的切换,还减少了内存与显存的数据交互。实验结果表明,该方法在普通PC机上对具有21 M左右面片的流程工厂模型,能够在保证绘制质量的前提下取得31帧/s的平均帧速,且预处理时间在10 s以内并无需额外硬盘空间。     

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.     

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.     

实时全局重光照算法

提出了一个实时全局重光照算法．算法利用重建的几何模型和沿不同光照方向的预采样图像恢复材料的反射属性，通过这些属性得到了面片在不同采样图像上的间接光照和环境光照．并用低价基函数将它们拟合．重光照绘制时，将恢复的材料属性应用于光照明模型计算出直接光照分量问接光照和环境光照分量由低阶基函数获得．物体表面细节则通过求解表面法向和材料属性的扰动量重建.实验结果表明，算法有效地重建了全局光照明效果和表面细节，生成的阴影边缘清晰，且绘制速度迭到实时．     

一种点面混合的复杂三维模型加速绘制方法

在主流个人计算机硬件条件下，为加速百万以上三角面片构成的复杂稠密几何模型的绘制速度，综合基于几何的建模与绘制方法GBMR和基于点的建模与绘制方法PBMR的优点，提出了一种同时使用三角面片和点作为基本单元进行对象建模与绘制的点面混合方法．在预处理阶段，对模型表面进行网格分割，存储子块三角面片和顶点点云数据，同时对顶点点云按顶点重要度排序并序列化为线性结构．在实时绘制阶段，进行视相关的裁剪和背面剔除，不同子块按视点距离分别由三角形或点进行绘制．以上过程充分利用图形处理单元GPU，实现了基于GPU的点面混合的对象连续多分辨率绘制，有效地提高了复杂模型的绘制效率．     

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。     

日光照射场景真实感图形的混合绘制方法

由于日光模型的复杂性,逼真地绘制日光照射下户外场景的真实感图像是一个困难的问题。目前的绘制方法或者因为采用的模型过于简单而真实感程度差,或者绘制过程过于复杂耗时而影响其应用。应用图像相似度理论,提出了一种综合使用基于几何和基于图像的混合绘制方法。绘制过程分为两步,首先,使用简单的光照模型近似绘制场景,然后,采用基于图像的绘制和处理方法补充第一步无法表现的效果。由于采用了基于图像相似度理论的方法,能够克服基于图像绘制技术需要处理巨大数据量的缺点。用这种两步法绘制自然光照下的户外景物,只需要简单的光照模型和物体材质属性以及很少的数据存储量。该方法在真实感程度、绘制速度和数据存储量三者间取得了比较好的平衡,绘制建筑物的实验证明了方法的有效性。     

基于点的图形绘制技术

基于点的图形绘制技术是实现高度复杂场景实时绘制的新的有效方法,也可以对顶点数达数百万数量级的采样法表示的物体模型进行实时交互绘制,它具有基于图象绘制方式的绘制速度和基于几何绘制方式的绘制质量、灵活性和内存需求。论文介绍了基于点绘制技术的原理、工作流程,分析和比较了几种有代表性的点绘制方法,探讨了点绘制的关键技术,并对今后研究和发展的方向进行了展望。     

基于LOD控制与内外存调度的大型三维点云数据绘制

通过结合基于视点的细节层次（level-of-detail，LOD）控制技术和内外存调度的数据控制策略，实现大型三维点云数据在一般配置PC机上的实时交互浏览．首先将输入点云分为大小相等的若干块。然后对每块数据分别建立误差控制下的多分辨率数据结构，并进行内外存分配．在交互绘制中，通过用户视点来确定当前的感兴趣区域，以控制模型表面的细节层次分布．该算法不但可以实现大型点云数据的实时交互绘制，而且可有效地提高一般点云数据绘制时的内存使用效率．     

基于分形维数的地表模型多分辨率动态绘制

以基于分形维数的树状结构组织三维地表网格模型,实现了与视点相关的连续多分辨率地表模型简化及实时绘制.算法分为预处理和实时绘制两个阶段.在预处理阶段,通过分形维数评价地表的复杂度,建立自适应的树状结构,计算出所有顶点的误差值.在绘制阶段,则根据视距、视角等因素动态地确定需保留的顶点集,并采用受限四叉树方法实时三角化得到所需分辨率下的三角网格近似模型.该算法具有两个优点:一个是地表模型的分层区域划分考虑了地形本身的复杂度;另一个是建立了视点相关各参数与所采用的分辨率表示的直接关系.实验表明,此算法简单、有效,支持对地表模型的交互式实时动态绘制.     

具有剪切的矢量压缩立体绘制算法

利用矢量压缩的方法进行立体绘制,一个不足是根据码本生成的Pixmap图无法应用于立体投影中的每一点,为了克服这些缺点,提出了具有Shear Warp的矢量化算法,它充分发挥了矢量量化的压缩比,以及不需要解压即可直接进行体绘制的优点,有效地利用了具有Shear Warp的体绘制方法的快速和适合立体投影的优点,克服了基于矢量量化的绘制方法的不足,几乎能够达到实时的交互绘制,是一种基于网络的绘制模式。     

基于曲线拟合函数和GPU的地形无缝渲染

针对大规模地形实时渲染时不同层次细节过渡产生的画面不连续性问题,以及计算机实时调度大量数据而造成帧速较低的问题,提出了一种基于曲线拟合函数和GPU加速的地形实时绘制方法。根据采样数据点采用最小二乘法构造曲线拟合函数,通过曲线函数控制不同层次网格顶点的布局,从而消除因层次细节变化产生的裂缝。同时根据分辨率不同构建金字塔模型,针对不同层次细节区域数据进行有损或无损压缩,依据视点运动预测实时解压相应数据。实验表明,该方法在地形实时渲染阶段,在保证了较高帧速率的同时,利用视点运动预测保证了帧速率变化小,有效的消除了裂缝,增强了画面效果。     

Stochastic Volume Rendering of Multi‐Phase SPH Data

In this paper, we present a novel method for the direct volume rendering of large smoothed‐particle hydrodynamics (SPH) simulation data without transforming the unstructured data to an intermediate representation. By directly visualizing the unstructured particle data, we avoid long preprocessing times and large storage requirements. This enables the visualization of large, time‐dependent, and multivariate data both as a post‐process and in situ. To address the computational complexity, we introduce stochastic volume rendering that considers only a subset of particles at each step during ray marching. The sample probabilities for selecting this subset at each step are thereby determined both in a view‐dependent manner and based on the spatial complexity of the data. Our stochastic volume rendering enables us to scale continuously from a fast, interactive preview to a more accurate volume rendering at higher cost. Lastly, we discuss the visualization of free‐surface and multi‐phase flows by including a multi‐material model with volumetric and surface shading into the stochastic volume rendering.     

Photorealistic real‐time rendering of spherical raindrops with hierarchical reflective and refractive maps

Synthesizing rainy images is a common challenge found in film, game engines, driving simulators, and architectural design. Simulating light transport through a raindrop's optical properties is a view‐dependent problem, and large quantities of raindrops are required to produce a plausible rainy scene. Accurate methods for rendering raindrops exist but are often off‐line techniques that are cost prohibitive for real‐time applications. Most real‐time solutions use textures to approximate the appearance of moving raindrops as streaks. These approaches produce plausible results but do not address the problem of temporal effects such as slow‐motion or paused simulations. In such conditions, streak‐based approximations are not suitable, and proper raindrop geometry should be considered. This paper describes a straight‐forward approach for rendering raindrops in such temporal conditions. The proposed technique consists of a preprocessing stage that generates a raindrop mask and a run‐time stage that renders raindrops as screen‐aligned billboards. The mask's contents are adjusted on the basis of the viewpoint, viewing direction, and raindrop position. The proposed method renders millions of raindrops at real‐time rates in current graphics hardware, making it suitable for applications that require high‐visual quality without compromising performance. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于分形理论的三维地形场景的真实感绘制

如何在PC机上进行三维地形场景的真实感绘制一直是一个挑战性课题。三维地形场景的真实感绘制追求的两个目标是绘制的逼真度和绘制的实时性，需要在不明显降低图像质量的条件下保持较高的交互帧速率。该文运用分形理论生成三维地形场景，为了满足实时性的要求，采用连续LOD算法和其它技术来加速地形绘制；为了满足逼真度的需求，采用纹理映射和光照映射。这种方法可以在普通微机上基于分形理论实现三维场景的真实感绘制，达到实时性和逼真度的要求。     

三维地形场景的真实感绘制

三维地形场景的真实感绘制追求的两个目标是绘制的逼真度和绘制的实时性，需要在不明显降低图像质量的条件下保持较高的交互帧速率。为了满足实时性的需求，采用连续LOD算法和其它技术来加速地形绘制：为了满足逼真度的需求，采用SAR图像进行纹理映射，采用光照映射实现场景照明和明暗处理。     

Interactive Rendering of Translucent Objects†

This paper presents a rendering method for translucent objects, in which viewpoint and illumination can be modified at interactive rates. In a preprocessing step, the impulse response to incoming light impinging at each surface point is computed and stored in two different ways: The local effect on close‐by surface points is modeled as a per‐texel filter kernel that is applied to a texture map representing the incident illumination. The global response (i.e. light shining through the object) is stored as vertex‐to‐vertex throughput factors for the triangle mesh of the object. During rendering, the illumination map for the object is computed according to the current lighting situation and then filtered by the precomputed kernels. The illumination map is also used to derive the incident illumination on the vertices which is distributed via the vertex‐to‐vertex throughput factors to the other vertices. The final image is obtained by combining the local and global response. We demonstrate the performance of our method for several models. ACM CSS: I.3.7 Computer Graphics—Three‐Dimensional Graphics and Realism Color Radiosity     

基于Web的时变体数据的体绘制方法

传统Web体绘制方法主要集中在利用服务器端进行预处理和绘制任务,浏览器端仅用于呈现绘制结果,这样会造成服务器负载过高,同时,当绘制参数发生更改时,必须向服务器请求新的绘制结果,这样也易受网络延迟的影响。为了解决以上问题,实现在浏览器本地进行体绘制和交互,本文提出一种基于WebGL的体绘制方法,以时变体数据为例,在浏览器端实现光线投射体绘制算法。同时,为了提升绘制效率和减少内存占用,本文基于维度压缩方法,优化时变体数据的预处理过程。最后,本文设计了Web体绘制系统,引入暴风时变数据集以验证方法的有效性,结果表明,本文方法能够在浏览器本地对时变体数据进行体绘制,绘制时间在50ms以下,帧速率可达到50 FPS以上,同时支持实时交互,并且当绘制参数发生更改时,系统能够直接在浏览器端进行重新绘制。     

体绘制的任意曲面切割方法

为了在体绘制的过程中,响应用户的实时交互以及对体数据进行切割。论文提出了一种预计算外部轮廓,基于ConstructiveSolidGeometry(CSG)的方法来进行切割的方法。预先计算的外部轮廓在整个体绘制过程中完成界定体元绘制的边界和进行切割交互的功能,因此提高了体元绘制和切割的效率。引入外部轮廓几何体之后,采用基于CSG的方法来进行交互式切割,保证了原有外部轮廓和切割体各自内部的拓扑关系。最后,通过对纹理坐标的实时计算,实现3D纹理的映射。论文借助于现有可编程图形流水线的功能实现该方法,完成了高效率的实时交互和绘制。