GPU编程在三维纹理映射体绘制中的应用

三维纹理映射体绘制是一种基于硬件的经典体绘制方法。文中给出了利用OpenGL进行GPU（Graphic Processing Unit,图形处理器）编程,以充分发挥显卡在图像处理方面的并行处理能力和计算性能,加速三维重建的具体方法。和传统的体绘制算法相比,该方法可明显提高三维重建速度并改善三维重建效果。     

基于三维纹理的体绘制研究与实现

介绍体绘制技术和光线投射法、三维纹理映射法两类常用算法。再利用可编程着色器,综合两类算法优点,通过实验实现了改进后的三维纹理体绘制法,改善了绘制效果。     

基于GPU的体绘制算法研究

本文给出了基于GPU的体绘制算法的流程,针对医学影像多组织标定问题,提出了基于二维表的纹理传输函数方法.针对CPU与GPU的资源分配与任务协同问题,提出了基于CPU的代理几何体生成算法,并利用该算法生成纹理坐标与GPU共同完成体绘制.最后对大量的医学影像数据进行了实验,实验证明本文提出的算法可以很好解决多组织标定与重建速度优化问题,使重建速度达到了毫秒级,完全满足临床需要.     

基于分段积分的医学体数据剖切绘制算法

提出一种抛物线插值的体绘制分段积分方法,并改进了基于剪切几何纹理化的体数据剖切绘制.首先将采样段内的颜色值用抛物线插值近似代替,计算各采样段的光强值,代替采样点用于体绘制积分方程,即使低采样率下仍能获得较好的图像质量.对体数据进行剖切绘制时,与传递函数相结合,根据剪切几何形状和位置修改体数据中的相应体素值,使之对最终绘制图像不作贡献,达到剪切绘制的目的,并实现了基于剪切几何和基于体数据阈值分割的剖切算法.试验结果表明,本文方法明显提高了绘制图像的质量,降低了剖切绘制时的内存使用,同时提高了剖切绘制的速度.     

基于局部纹理统计特征的超声图像体绘制传输函数设计

在直接体绘制的过程中,传输函数的设计是一个关键的步骤,其对最终的绘制质量有着决定性的影响。超声图像有分辨率低、对比度低、充满乘性的斑点噪声等特点,因此很多适用于CT图像的传输函数设计方法并不适用于超声图像。本文通过对超声图像的特点进行研究,给出了一种基于局部纹理统计特征的传输函数设计方法。对超声图像序列在三维空间中提取出每个点的局部纹理统计特征,对这些特征进行聚类分析后,根据每个点所属的类和其到相应聚类中心的距离对其分配包括RGB值和透明度在内的光学属性。由于采用了统计特征作为分类特征,相较于使用梯度特征的传输函数设计方法,我们的方法能够更好地适应超声图像的特性,得到较好的绘制结果。     

基于噪声纹理的云层绘制方法

针对港口三维监控系统中云绘制的特点,分析云绘制的逼真度和实时性需求,研究相应的云绘制方法,提出一种基于噪声纹理的云层绘制方法.该方法采用基于纹理构造云模型,降低了所需绘制的几何数据;采用设置纹理重复模式,实时更改纹理矩阵,实现云层运动的效果,采用多纹理技术将两张噪声纹理成一定角度叠加,实现云自身形态的连续变化.通过该方法绘制了港口三维监控系统云层,具有较强的三维虚拟现实的真实感.实验结果表明,该方法可显著提高云绘制效率,显示效果令人信服.     

模糊表面构造,阻光度映射及快速体绘制研究

直接体绘制技术利用半透明效果能够在一定程度上绘制三维数据的精细结构但是,由于数据场中的所有体素都参与图像的生成过程,绘制时间较长,基于表面的方法在图像分割不儿表面拓扑结构非常复杂时表达能力往往有限,本文提出一种综合上术寅途中 思想的基于模糊表面的体绘制方法,首先我们选择合适的阻江度映射方案增强边界对最科成像的贡献,其次,只是模糊边界内的绘制过程,并以层代替体素为基本处理单元,减少了成像时间,我们应     

一种新的电磁场数据三维绘制算法

针对波束方程采样得到的电磁场数据,提出了一种新的三维绘制算法。算法首先利用波束方程按角度值对电磁场表面采样得到点云数据,然后通过对点云数据进行归一化处理、极坐标转换为三维立体坐标、为点云数据的属性值映射包含颜色和透明度的特征值的可视化映射方法,以及利用三角形带进行波束表面绘制等过程将电磁场数据显示出来。实现的算法已经用于武器装备的电磁兼容综合测试与分析系统,取得了很好的可视化效果,绘制效率高,并在最后给出了实验结果。     

纹理映射算法的改进研究

纹理映射是真实感图形绘制中的重要组成部分,文中提出的纹理映射算法是在传统映射算法的基础上做了两点改进,由于传统的映射算法在物体的两极易产生纹理汇聚现象,且有明显接缝,故真实感效果不理想。文中将纹理图案做适当的拉伸变换,再做映射的逆变换,利用三角网格对接缝处做匹配,实现了纹理的无缝拼接,并能保持表面的连续性,具有较小的变...     

基于体绘制思维的人脸识别算法优化研究

传统的人脸识别算法主要解决二维正面图像识别,如果人体姿态发生明显变化,或外界环境发生显著变化,则算法性能大大降低,无法获取准确的识别结果。体绘制算法针对三维数据场进行绘制,绘制的图像能够描述人脸的内部细节,可提高人脸识别精度。因此,提出一种基于体绘制思维的人脸识别算法,依据聚类思想对二维人脸库进行聚类,在各分类的基础上,构建人脸相似模型。通过错切变形体制算法,构建人脸体数据,实现人脸体数据坐标系统的转换以及人脸三维图像的合成,从人脸三维图像中采集人脸特征,利用相似性模型对人脸关键特征同数据库已有的特征进行匹配分析,完成人脸身份识别。实验结果说明,所提算法对于不同表情和不同光照条件下的人脸图像,都具有较高的识别率和鲁棒性。     

Accurate and efficient GPU ray‐casting algorithm for volume rendering of unstructured grid data

We present a novel GPU‐based ray‐casting algorithm for volume rendering of unstructured grid data. Our volume rendering system uses a ray‐casting method that guarantees accurate rendering results. We also employ the per‐pixel intersection list concept in the Bunyk algorithm to guarantee an accurate result for non‐convex meshes. For efficient memory access for the lists on the GPU, we represent the intersection lists for all faces as an array with our novel construction algorithm. With the intersection lists, we perform ray‐casting on a GPU, and a GPU thread handles each ray. To increase ray‐coherency in a thread block and improve memory access efficiency, we extend a prior image‐tile‐based work distribution method to fit modern GPU architectures. We also show that a prior approach using a per‐thread local buffer to reduce redundant computation is not appropriate for modern GPU architectures. Instead, we take an on‐demand calculation strategy that achieves better performance even though it allows duplicate computations. We applied our method to three unstructured grid datasets with different characteristics. With a GPU, our method achieved up to 36.5 times higher performance for the ray‐casting process and 19.7 times higher performance for the whole volume rendering process compared with the Bunyk algorithm using a CPU core. Also, our approach showed up to 8.2 times higher performance than a GPU‐based cell projection method while generating more accurate rendering results. These results demonstrate the efficiency and accuracy of our method.     

基于GPU加速的梵高流线风格油画实时渲染绘制算法

本文针对图像及视频风格化的实际工程应用,提出了基于GPU加速的图像及视频的艺术风格化实时渲染算法,并实现了一个实时图像及视频艺术风格化绘制系统。该系统能够很好的利用GPU并行计算的特性,对耗时的像素遍历读取处理进行并行加速,实现了对输入图像及视频的梵高流线油画风格的快速转换,为用户提供了较好的交互体验。     

基于3D-DWT及混沌映射的加密医用体数据鲁棒检索算法研究

随着医疗数据的共享日益频繁,数据安全问题变得日益突出.安全起见,把医学图像加密后存储到服务器或云端.如何实现对加密医学图像检索成为一个亟待解决的问题.提出一种基于混沌和三维小波变换的加密医用体数据鲁棒检索算法.其主要步骤为:首先,通过三维小波变换和混沌映射对医用体数据进行加密;然后,对加密体数据进行小波分解,得到子带图像,再对子带图像进行DCT变换,提取DCT变换能量聚集的低频系数作为加密体数据的特征向量,建立加密图像的特征向量数据库;最后,通过计算加密图像的特征向量的相似度来检索目标图像,将检索到的加密图像返回,并解密所检索到的医用体数据.实验结果表明,该检索算法对加密体数据的常规攻击和几何攻击具有较强的鲁棒性,并提高了图像检索的安全性和准确性.     

一种基于GPU的大规模地形绘制算法

利用Geometry Clipmap算法的基本思想,对原算法进行简化与改进。在预处理阶段,对地形数据的存储方式进行简化,并采用Clipmap结构进行组织和管理;在绘制阶段,重点针对不同分辨率层次之间的裂缝问题进行分析和处理,提出了一种引入过渡带的方法有效消除了裂缝。实验表明,该方法有效提高渲染速率,并充分发挥GPU的优势,实现了大规模地形数据的实时可视化。     

一种适用于激光共焦扫描显微镜的体绘制

激光共聚焦扫描显微镜(LCSM)主要运用于生物医学研究,利用其采集的序列二维断层图像重构三维图形是LCSM系统的重要组成部分。主要研究了LCSM系统数据场的体绘制方法,根据其数据场特点,提出了最大值绘制算法。实验结果表明,此方法适用于LCSM系统,能够生成逼真的三维图形。     

基于参数平面的自适应调和纹理映射算法

针对经典约束纹理映射算法在保持纹理有效性的同时算法复杂度高的问题,提出了根据评估值自适应选取目标函数的约束纹理映射方法。结合模型的参数化平面,计算模型特征点三角化后每一个三角块内部所有顶点的评估值,根据与给定阈值比较后的结果自适应选择目标函数。对于不能直接应用两种目标函数的三角块进行迭代三角化并计算下一级三角块的评估值。针对局部特征点映射不精确的问题采取局部邻域调整方法,只需调整一阶或者二阶领域的顶点位置即可。实验表明本文算法相较于经典算法时间复杂度平均提高75%以上。将本文算法映射后的模型加载到高帧频实时渲染系统中,实验表明本文算法具有很好的鲁棒性,重复实验表明本文算法可以保持纹理的有效性。     

A robust blind watermarking algorithm for depth-image-based rendering 3D images

The protection of 3D contents from illegal distribution has attracted considerable attention and depth-image-based rendering (DIBR) is proved to be a promising technology for 3D image and video displaying. In this paper, we propose a new digital watermarking scheme for DIBR 3D images based on feature regions and ridgelet transform (RT). In this scheme, the center view and the depth map are made available at the content provider side. After selecting the reference points of the center view, we construct the feature regions for watermark embedding. Considering the sparse image representation and directional sensitivity of the RT, the watermark bits are embedded into the amplitudes of the ridgelet coefficients of the most energetic direction. The virtual left and virtual right views are generated from the watermarked center view and the associated depth map at the content consumer side. The watermarked view has good perceptual quality under both the objective and subjective image quality evaluations. The embedded watermark can be detected blindly with low bit error rate (BER) from the watermarked center view, the synthesized left and right views even when the views are distorted and distributed separately. The experimental results demonstrate that the proposed scheme exhibits good performance in terms of robustness against various image processing attacks. Meanwhile, our method can be robust to common DIBR processing, such as depth image variation, baseline distance adjustment and different rendering conditions. Furthermore, compared with other related and state-of-the-art methods, the proposed algorithm shows higher accuracy in watermark extraction.     

基于MT算法的地质数据绘制

主要介绍面绘制技术中的移动立方体算法以及它存在的连接二义性问题,并针对该问题提出了一种改进的移动四面体算法.该算法通过将立方体合理地划分为四面体来解决移动立方体算法的连接二义性问题,同时还简化了处理过程,明显提高了算法效率.最后通过实验表明：该算法与移动立方体算法相比,所绘制出来的图像更逼真.     

Mixing tone mapping operators on the GPU by differential zone mapping based on psychophysical experiments

In this paper, we present a new technique for displaying High Dynamic Range (HDR) images on Low Dynamic Range (LDR) displays in an efficient way on the GPU. The described process has three stages. First, the input image is segmented into luminance zones. Second, the tone mapping operator (TMO) that performs better in each zone is automatically selected. Finally, the resulting tone mapping (TM) outputs for each zone are merged, generating the final LDR output image. To establish the TMO that performs better in each luminance zone we conducted a preliminary psychophysical experiment using a set of HDR images and six different TMOs. We validated our composite technique on several (new) HDR images and conducted a further psychophysical experiment, using an HDR display as the reference that establishes the advantages of our hybrid three-stage approach over a traditional individual TMO. Finally, we present a GPU version, which is perceptually equal to the standard version but with much improved computational performance.