一种新的三维模型表示与存储方法

利用三维模型三角面片的点面信息,对模型进行基于体素的规格化表示,重新构建三维模型。对在同一平面的相邻两个规格化三角面片进行合并,构成新的四边形面片,由此获得由三角面片和四边形面片混合显示的三维模型。分别对三角面片和四边形面片进行分类和编码,探索三角面片与四边形面片混合存储的方法。实验结果表明,该方法能够在规格化三角面片存储方法的基础上,进一步压缩三维模型的存储空间,提高存储效率。     

基于分层切片原理的三维雕刻算法

分析了多种基于STL模型的快速分层算法。在综合多种算法优点的基础上,首先提出了对三角面片的顶点按其切片方向进行从小到大排序,以快速滤除冗余顶点;并在此基础上建立三角面片的顶点链表及面向量,以实现STL模型的拓扑信息重构;最后基于所重构的拓扑信息,结合几何连续性分层算法实现高效的自适应分层算法。并通过C+〖KG-*3〗+实现了这一算法,证明了快速成型技术的分层制造思想可应用于三维雕刻的CAD/CAM,在技术上是可行的。     

智能配镜三维特征参数提取方法研究

摘 要：针对智能配镜中三维面部特征点提取算法复杂度较高的问题,提出一种将三维点 云转换为映射图像定位特征点的方法。采用 Voronoi 方法计算面部三角网格各顶点处的高斯曲 率、平均曲率。选取鼻尖、眼角等曲率特征明显的区域估计面部点云姿态。根据曲率旋转不变 性,使用初选的点云方向向量简化旋转矩阵的计算,使面部点云正面朝向视点。将点云映射转 换为图像,三维网格模型中三角面片一对一映射到图像中的三角形。搭建卷积神经网络,使用 Texas 3DFRD 数据集进行模型训练。进行人脸对齐,预测所得各面部特征点分别限制在图像某 三角形中。根据图像中三角形映射查找三维网格模型中对应三角面片,通过三角面片顶点坐标 计算配镜所需的面部特征点位置坐标,实现配镜特征参数的提取。     

复杂几何模型的混合绘制算法研究

基于几何与图像的混合建模与绘制是解决复杂几何模型快速绘制的一个有效途径。提出一种复杂几何模型的混合绘制方法，首先给出基于风何投影的Warp变换公式，然后对几何模型进行预绘制，得到具有深度的图像；依据图像分辩率的对该图像进行几何重构，得到具有几何拓真诚关系的图像模型，并对该模型进行进一步修正；最后解决了模型的冗余检测问题。实验结果表明，该方法可以在保证较高逼真度的前提下实现复杂模型的快速绘制。     

一种基于剖分与聚类的三维手势建模方法

针对有些建模方法需要设置复杂参数,或所建模型不够平滑、完整,以及出现多余网格等问题,提出了一种基于Delaunay三角剖分与K-Means聚类的三维手势静态建模方法。首先对点云进行半径滤波,再把点云投影在X0Y平面上,然后进行Delaunay三角剖分,对于剖分得到的三角网格中的长边与短边,使用K-Means算法聚为两类,最后删除含有长边的三角面片,得到完整手势的三维模型。实验结果表明,该方法有利于减少多余的网格面,形成的三维手势模型的网格面也较为平滑、完整。     

二阶多面体网格中关键特征控制的表面重建技术

针对基于二阶多节点多面体网格的表面重建过程中存在的准确拓扑及绘制、传输代价等问题,提出了一种基于关键特征控制的表面重建技术.研究并分析了二阶多节点多面体单元等参插值函数的性质特征,在网格单元棱边插值计算曲面轮廓点,在网格表面及体内提取曲面的几何特征关键点;根据3类插值关键点间的逻辑关系制定了令拓扑准确唯一的面片三角化规则及修复策略,设计了基于关键点的三角面片压缩索引结构.实验结果表明,该方法可准确计算并描述基于二阶多节点多面体网格单元的曲面几何拓扑结构,反映网格单元内部面片的真实凹凸性质,克服了拓扑二义性,具备对不同精度要求的适应性,并有效降低了绘制与传输代价.     

基于单元划分的复杂岩层面三维建模方法研究

针对现有岩层面三维建模方法未系统考虑含断层、陷落柱等地质条件的复杂岩层面三维模型构建的问题,通过定义投影度和投影单元,给出了不同地质条件下岩层面水平投影单元特征,同时提出一种基于单元划分的复杂岩层面三维建模方法。先划分岩层面水平投影单元和空间插值单元,将水平投影单元边界、空间插值单元边界、岩层面控制点和控制线作为约束条件,对实投影单元进行约束Delaunay三角剖分;然后分别求解各个空间插值单元内三角网顶点对应的岩层面空间插值点,并应用计算机三维图形技术绘制岩层面三维图形。实例分析结果表明,通过划分水平投影单元和空间插值单元,可将复杂岩层面分解为多个一般岩层面,从而降低其三维建模难度;合理进行约束Delaunay三角剖分和空间插值,可有效构建复杂岩层面的三维模型。     

三维模型面片链码表示方法

将三维模型的三角面片表示与基于体素的链码技术相结合,提出一种基于体素的三维模型面片链码表示方法.首先对三维模型进行基于体素空间的切分,将获得的面片顶点归一化在体素顶点上,构造基于体素三角面片的模型表示;然后依据构造的体素三角面片间连接边与第3顶点的位置关系定义面片链码的数据结构;再根据连接边的类型和方向计算层次三角面片法向量的大小和方向;最后通过逐层遍历体素内归一化的三角面片,获得三维模型的面片链码表示.相应地,给出了面片链码的解码方法.文中比较了面片链码与其他三维模型压缩算法的压缩效率和时间开销,计算了不同体素粒度切分的三维模型与被切分的原始模型之间以及与体素切分模型具有同级别面片数量的原始模型之间的误差,结果表明,该方法能够有效地表达三维模型.     

一种基于面片的三维重建算法

传统基于面片的多视角立体视觉算法在扩展面片时缺少空间几何约束,导致Poisson表面重建时生成错误顶点。为此,提出一种基于面片的三维重建算法。利用相邻面片初始化扩展面片,根据顶点k近邻的距离检测并去除离群顶点,从而得到物体表面的三维模型。实验结果证明了该算法的有效性和准确性。     

表驱动的细分曲面GPU绘制

为了充分利用GPU的并行计算能力高效地绘制递归定义的细分曲面,提出一种基于GPU的面分裂细分曲面的实时绘制算法.该算法通过离线预计算生成可以复用的细分查找表,它由细分矩阵组成,其大小仅与奇异点度数和最大细分深度线性相关,与输入网格无关;对于细分曲面控制网格的每个曲面片,如果包含2个或2个以上奇异点,则进行一次局部预细分;之后对于不规则曲面片,利用细分查找表由初始控制网格直接计算得到各细分层次上的控制顶点,无需逐层计算,从而最大限度地发挥GPU的并行处理能力;最后对各层次上的规则曲面片使用硬件细分着色器绘制,大大提高绘制效率.实验结果表明,文中算法可以高效地绘制细分曲面的极限曲面.     

基于几何与图像混合绘制中的快速WARP变换算法研究

基于几何与图像的混合绘制中，3D Warp算法以严格的数学变换为基础，从而能够保证准确的投影关系，但该算法在实时绘制阶段需进行大量的数学运算，故其时间复杂度较高，该文提出了一种新的快速Warp变换算法，算法以3D Warp算法为基础，采用了崭新的投影过程，从而使时间复杂度较3D Warp算法有较大幅度的下降（降低约7．51倍）。同时，该算法是一种流水结构，能够有效利用现有的加速硬件，而无需改变图形硬件的体系结构。     

Image composition schemes for sort-last polygon rendering on 2Dmesh multicomputers

In a sort-last polygon rendering system, the efficiency of image composition is very important for achieving fast rendering. In this paper, the implementation of a sort-last rendering system on a general purpose multicomputer system is described. A two-phase sort-last-full image composition scheme is described first, and then many variants of it are presented for 2D mesh message-passing multicomputers, such as the Intel Delta and Paragon. All the proposed schemes are analyzed and experimentally evaluated on Caltech's Intel Delta machine for our sort-last parallel polygon renderer. Experimental results show that sort-last-sparse strategies are better suited than sort-last-full schemes for software implementation on a general purpose multicomputer system. Further, interleaved composition regions perform better than coherent regions. In a large multicomputer system. Performance can be improved by carefully scheduling the tasks of rendering and communication. Using 512 processors to render our test scenes, the peak rendering rate achieved on a 282,144 triangle dataset is dose to 4.6 million triangles per second which is comparable to the speed of current state-of-the-art graphics workstations     

Special relativistic visualization by local ray tracing

Special relativistic visualization offers the possibility of experiencing the optical effects of traveling near the speed of light, including apparent geometric distortions as well as Doppler and searchlight effects. Early high-quality computer graphics images of relativistic scenes were created using offline, computationally expensive CPU-side 4D ray tracing. Alternate approaches such as image-based rendering and polygon-distortion methods are able to achieve interactivity, but exhibit inferior visual quality due to sampling artifacts. In this paper, we introduce a hybrid rendering technique based on polygon distortion and local ray tracing that facilitates interactive high-quality visualization of multiple objects moving at relativistic speeds in arbitrary directions. The method starts by calculating tight image-space footprints for the apparent triangles of the 3D scene objects. The final image is generated using a single image-space ray tracing step incorporating Doppler and searchlight effects. Our implementation uses GPU shader programming and hardware texture filtering to achieve high rendering speed.     

基于参数空间的混合多分辨率绘制

根据点和多边形在表示和绘制物体上各自不同的特点,提出了一种有效绘制细节高度复杂物体的多分辨率方法.3D表面被映射到参数平面,经规则采样成为几何图像,P-Quadtrees是基于几何图像建立的四叉树多分辨率层次结构.通过对四叉树的遍历,面向视点的表面用较大多边形面片绘制,光照细节通过法向映射完成;轮廓部分通过视点相关的LOD(level of detail)控制进行细化,使用点来绘制物体复杂精细的轮廓.通过此方法,细节复杂模型的绘制不仅可以被硬件加速,而且无论在表面还是在轮廓部分都能获得很好的视觉效果.     

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Hamiltonian三角剖分的三角网格多分辨率表示

三角网格模型的多分辨率表示是几何模型绘制与传输的基础，本文通过三角形之间的拓扑相邻关系将三角网格划分为广义三角形带的集合，然后利用Hamiltonian三角剖分的性质构造三角网格的多分辨率表示。该方法统一了单分辨率网格和多分辨率网格的表示方法，当模型有c个不同分辨率表示时，其编码效率为（logc＋5）bit／vertex。     

分布式虚拟仿真场景生成方法研究及性能评析

在分布式虚拟仿真系统中,有三种方法生成虚拟场景：基于几何式的、基于图像的和混合式的,几何式的方法和基于图像的方法各有优缺点,混合式的方法试图结合前两种方法的优点来创建虚拟场景。分别介绍了这三种生成分布式虚拟场景的方法及步骤,并重点介绍了一种混合式方法——IBRAC技术,分析了它的两个关键技术：图像绘制加速技术、压缩技术。接着对三种虚拟场景生成方法的性能进行了评析,并给出厂性能比较的实验结果,最后对它们的应用背景进行了总结。     

An order of magnitude faster isosurface rendering in software on aPC than using dedicated, general purpose rendering hardware

The purpose of this work is to compare the speed of isosurface rendering in software with that using dedicated hardware. Input data consist of 10 different objects from various parts of the body and various modalities (CT, MR, and MRA) with a variety of surface sizes (up to 1 million voxels/2 million triangles) and shapes. The software rendering technique consists of a particular method of voxel-based surface rendering, called shell rendering. The hardware method is OpenGL-based and uses the surfaces constructed from our implementation of the Marching Cubes algorithm. The hardware environment consists of a variety of platforms, including a Sun Ultra I with a Creator3D graphics card and a Silicon Graphics Reality Engine II, both with polygon rendering hardware, and a 300 MHz Pentium PC. The results indicate that the software method (shell rendering) was 18 to 31 times faster than any hardware rendering methods. This work demonstrates that a software implementation of a particular rendering algorithm (shell rendering) can outperform dedicated hardware. We conclude that, for medical surface visualization, expensive dedicated hardware engines are not required. More importantly, available software algorithms (shell rendering) on a 300 MHz Pentium PC outperform the speed of rendering via hardware engines by a factor of 18 to 31     

基于GPU的烟雾数据体面混合绘制技术研究

研究烟雾等大规模体数据在虚拟场景中实时可视化的技术是一种新的体面混合绘制技术,在灾害现象仿真中有着重要的应用。在处理体面混合绘制时,已有的绘制算法难以实时地处理体数据的遮挡和裁剪,并在内窥绘制中出现片元空洞。针对以上问题,提出一种基于GPU的体面混合绘制算法,将体数据视为参与介质,同时将面绘制的结果作为体绘制的积分域约束条件,从而把面绘制中的裁减算法推广到体数据的绘制中,实现了体面混合绘制的无缝融合。仿真结果表明算法能够实时地绘制虚拟场景中的大规模体数据,并且能够处理复杂的内窥效果。     

基于自控网系统的混杂控制

混杂控制系统通常是复杂的非线性控制系统,难以用统一的模型进行建模. David和Alla提出的混杂Petri网,虽然可以解决一般混杂系统的建模问题,并得到了广泛的应用,但对于传统的如PID这类控制器,缺乏统一建模的能力.探讨了基于广义自控网系统的混杂控制方法,实现了对混杂控制器中监控器和数字控制器进行统一的Petri网建模.仿真实例设计了基于广义同步自控网系统的电加热炉控制系统,给出了可根据不同温度状态实施多种控制策略的变结构数字控制器模型,并详细分析了控制器的性能,证明了广义自控网系统具有十分强大的建模能力和广泛的应用前景.