实时渲染技术在动画制作流程中的应用

实时渲染(Real-Time rendering)是指通过计算机运算对图像数据进行实时计算与输出的过程,即所见即所得.目前,很多三维游戏大多都是通过对游戏引擎的优化进行实时渲染,此技术的引进可以让游戏画面、虚拟现实画面、艺术装置画面等跟随体验者实现改变,让体验者在不同画面场景中获得与现实世界高度相似的感受.与电影领域离线渲染不同,此技术注重对显卡的运算能力,并非传统的中央处理器.当下阶段的技术条件,实时渲染技术的影响质量难以达到电影特效与动画行业的主流渲染工具带来的效果.基于此,本文从动画电影、动画短片的实时渲染技术为切入点,对实时渲染技术在动画制作流程中的应用进行研究,并总结此技术未来的发展趋势与展望.     

微震监测区域的实时仿真建模方法

针对因建模的三维数据量巨大导致传统Open GL固定管线对三维地形渲染难以满足实时性需求这一问题,提出利用GPU可编程图形管线来进行渲染,实现区域的可视化实时显示。建模过程中首先使用基于分形理论的随机中点位移法产生地形高程数据,然后利用三角面元连接地形高程散点生成三维曲面,最后通过GLSL着色语言对GPU进行编程实现对地形的渲染。该方法建模过程与Open GL固定管线渲染效率进行对比,结果表明:利用GPU可编程图形管线对400万的三维地形网格数据进行渲染仅用时82.92 ms,效率远高于Open GL固定管线的渲染,能够满足实时渲染的需要。     

实时水面模拟方法研究

提出了一种基于GPU的水面实时模拟方法。该方法不依赖于噪声图,而实现了实时的水波生成、折射和反射效果的菲涅耳合成以及水面光照模型的计算。利用GPU在片段处理前的光栅化处理,该方法渲染负荷不会因水面大小和精度而增大。且依赖GPU的高速计算能力,方法可以达到实时。     

GPU支持下基于粒子系统编辑器的特效技术研究

针对粒子系统在计算机游戏特效设计过程中所存在的控制精度不高、运算量大等问题,提出了一种通过粒子系统编辑器生成粒子并基于GPU进行实时渲染的方法。使用粒子系统编辑器能有利于提高粒子系统制作的可控性,而基于GPU的仿真绘制则能够提高大规模粒子系统渲染的实时性。实验证明,GPU支持下的可编辑粒子系统能有效提升计算机游戏开发中的特效设计效率并获得理想效果。     

一种基于GPU的三维素描风格画的渲染方法

提出一种在GPU下将三维模型渲染成素描风格画的简单算法,通过分析素描面的特点,将整个渲染过程分为内部渲染和轮廓线的渲染。首先通过一种手绘风格生成算法实现素描风格纹理到模型的实时映射从而实现内部的非真实感渲染,再利用渲染到纹理技术通过边缘检测深度缓冲图像获取轮廓线,并对轮廓线图像采用一种多次采样叠加的算法生成素描风格画所特有的复线,最后将两种渲染结果进行图像的融合,产生最终的素描画风格。     

GPU的发展及Maya即时渲染器FurryBall应用初探

图像渲染在电影、动漫的后期制作过程中起着非常重要的作用,渲染速度一直是困扰后期制作各个阶段的问题。GPU图形处理芯片的应用使渲染速度有了根本的改变。本文介绍了GPU的发展以及其推动图形处理技术应用的历程。通过对GPU辅助渲染软件furryBall的测试,对比了CPU和GPU的渲染效果,同时也指出furryBall软件现行版尚待改进的不足。     

基于GPU加速视频抠像技术

为提高视频抠像处理的速度,提出基于GPU(图形处理器)加速的视频抠像方法,将色度抠像算法转化为GPU中的纹理图像渲染过程,利用GPU并行计算和高速浮点计算特性,使得色度算法在GPU中加速执行,有效的提高了算法计算速度。     

真实感天空的实时渲染

提出一种实现真实感天空实时渲染的高效方法.首先利用基于分析的天空模型实现天空的光照计算,该模型充分考虑了天空的昼夜变化,并对夜空中特有的各类光源如月球、星体、黄道光和气辉等进行分析;其次通过色调重现实现天空的真实感渲染,通过对暗视效果的模拟进一步提高夜空渲染的真实感;最后给出基于观察窗口的天空几何模型和银河系、星体的渲染方法,并通过图形处理器(GPU)实现上述算法的实时渲染.该方法适用于室外场景的渲染,并已成功应用于某直升机飞行模拟器中.     

3D游戏引擎构架及游戏动画渲染技术分析

3D游戏引擎及动画渲染技术是虚拟动画或影视动画制造的主要工具。该文简单介绍了游戏动画渲染技术的概念,从系统模块、底层渲染模块、数据存储模块、控制台模块以及游戏接口模块等方面介绍了3D游戏引擎的构架,并进一步对Unity引擎参与CF大动画、Cartoon CG卡通渲染等3D游戏动画渲染技术的应用进行分析,希望为3D游戏引擎构架及游戏动画渲染技术的应用提供相应的参考。     

一个新的线索KD树并行算法

KD树是三维场景渲染中常用的空间加速算法。由于SIMD计算平台不支持递归操作,导致KD树在GPU上的应用受到限制,因此提出了一个新的基于SIMD架构的并行KD树算法。通过创建时对KD树线索化,不仅省去堆栈使用,且因无需回溯到根节点而减少大量无效遍历操作,实现了基于GPU的高效并行加速。实验结果表明,线索KD树算法每秒计算的光线数与传统算法相比,提高3~8倍不等,最终显著提高光线跟踪渲染速度。     

Overlapping Shadow Rendering for Outdoor Augmented Reality

Realism rendering methods of outdoor augmented reality (AR) is an interesting topic. Realism items in outdoor AR need advanced impacts like shadows, sunshine, and relations between unreal items. A few realistic rendering approaches were built to overcome this issue. Several of these approaches are not dealt with real-time rendering. However, the issue remains an active research topic, especially in outdoor rendering. This paper introduces a new approach to accomplish reality real-time outdoor rendering by considering the relation between items in AR regarding shadows in any place during daylight. The proposed method includes three principal stages that cover various outdoor AR rendering challenges. First, real shadow recognition was generated considering the sun’s location and the intensity of the shadow. The second step involves real shadow protection. Finally, we introduced a shadow production algorithm technique and shades through its impacts on unreal items in the AR. The selected approach’s target is providing a fast shadow recognition technique without affecting the system’s accuracy. It achieved an average accuracy of 95.1% and an area under the curve (AUC) of 92.5%. The outputs demonstrated that the proposed approach had enhanced the reality of outside AR rendering. The results of the proposed method outperformed other state-of-the-art rendering shadow techniques’ outcomes.     

使用GPU绘制分形图的混合精度方法研究

从Mandelbrot集分形算法在GPU上的计算速度和绘制效果角度出发,提出了在追求计算速度的单精度算法和追求绘制效果的双精度算法之外的第三种选择--混合精度算法.首先,分析了Mandelbrot集分形算法;其次,对GPU体系结构和CUDA编程模型进行了介绍;再次,在GPU上实现了单、双精度浮点数算法,基于实验结果提出了精度问题;最后,实现了混合精度算法并进行分析.结果显示,GPU上的混合精度优化是计算速度和绘制效果之间的折中,为分形算法的实现提供了新的选择.     

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。     

基于曲率的GPU光线投射

基于曲率的体绘制十分有用,它可以帮助科学家分析数据特征,设计新的数学模型.论文在GPU上实现了基于B样条滤波和基于线性滤波的按需计算导数、曲率和光照效果的GPU光线投射方法.实验结果表明,按需计算方法大大加速了基于B样条滤波的GPU光线投射方法的绘制速度;线性滤波方法绘制速度快于B样条滤波的方法;基于B样条滤波的方法绘制质量更高;可以利用线性滤波的方法交互选择相机设置、转换函数和曲率函数,突出感兴趣的特征,然后用基于B样条滤波的方法绘制高质量的图像.     

水彩风景画技法在手绘效果图中的应用

通过分析水彩画基本技法理论,并结合水彩风景画技法在各种设计效果图中的应用实例,论述了艺术设计各专业的手绘效果图如何采用水彩风景画技法进行描绘应用等问题。在此基础上,通过论证掌握水彩风景画的表现技法和色彩能使手绘效果图的绘制更生动、快速、准确,提高设计效果图绘制的效率和质量;来探讨水彩风景画技法在手绘效果图方面的应用及手绘效果图的未来发展。     

GPU accelerated lattice Boltzmann model for shallow water flow and mass transport

A lattice Boltzmann method (LBM) for solving the shallow water equations (SWEs) and the advection–dispersion equation is developed and implemented on graphics processing unit (GPU)‐based architectures. A generalized lattice Boltzmann equation (GLBE) with a multiple‐relaxation‐time (MRT) collision method is used to simulate shallow water flow. A two‐relaxation‐time (TRT) method with two speed‐of‐sound techniques is used to solve the advection–dispersion equation. The proposed LBM is implemented to an NVIDIA ^® Computing Processor in a single GPU workstation. GPU computing is performed using the Jacket GPU engine for MATLAB ^® and CUDA. In the numerical examples, the MRT‐LBM model and the TRT‐LBM model are verified and show excellent agreement to exact solutions. The MRT outperforms the single‐relaxation‐time (SRT) collision operator in terms of stability and accuracy when the SRT parameter is close to the stability limit of 0.5. Mass transport with velocity‐dependent dispersion in shallow water flow is simulated by combining the MRT‐LBM model and the TRT‐LBM model. GPU performance with CUDA code shows an order of magnitude higher than MATLAB‐Jacket code. Moreover, the GPU parallel performance increases as the grid size increases. The results indicate the promise of the GPU‐accelerated LBM for modeling mass transport phenomena in shallow water flows. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于图像处理器的传声器阵列实时声成像方法

为了解决传声器阵列用于声场分析时的精确且快速声成像的技术难题,提出了一种利用图像处理器(Graphics Processing Unit,GPU)的通用计算技术实现快速声成像算法。可控响应功率算法是广泛应用的一种声源定位算法,但计算量巨大,阻碍了它在实际场合中的应用。通过将可控响应功率算法进行任务分解及线程映射,实现了利用计算统一设备架构实现的基于GPU的可控响应功率声源成像定位算法,在特定阵元通道数和信号长度情况下,与基于CPU的声源定位计算方法相比,综合计算效率提高了约20倍,并将其成功地应用于平面螺旋阵的声成像应用中,实现了实时声成像定位。     

Atmospheric wavefront phase recovery by use of specialized hardware: graphical processing units and field-programmable gate arrays

To achieve the wavefront phase-recovery stage of an adaptive-optics loop computed in real time for 32 x 32 or a greater number of subpupils in a Shack-Hartmann sensor, we present here, for what is to our knowledge the first time, preliminary results that we obtained by using innovative techniques: graphical processing units (GPUs) and field-programmable gate arrays (FPGAs). We describe the stream-computing paradigm of the GPU and adapt a zonal algorithm to take advantage of the parallel computational power of the GPU. We also present preliminary results we obtained by use of FPGAs on the same algorithm. GPUs have proved to be a promising technique, but FPGAs are already a feasible solution to adaptive-optics real-time requirements, even for a large number of subpupils.