视点依赖的温室场景模拟与交互式漫游

为对包含日光温室的农业场景进行实时、逼真的绘制,采用基于视点的连续细节层次（LOD）来减少实际需要绘制的网格数据量,并基于包围盒技术实现了视点的碰撞检测,同时使用可见性剔除算法来加速场景渲染速度。在渲染温室内植物时,通过几何变换实现了大规模植物群体的快速构建,并在场景中使用阴影体算法来渲染阴影,生成了具有真实感的大规模温室农业场景。模拟结果表明该方法能有效地减少渲染的面元数目,大大提高了绘制速率,场景有较高的真实感,能够满足交互式实时漫游的要求。     

视点相关的真实感三维风景区模拟研究与实现

提出采用八叉树组织真实山体数据,根据视点距离采用不同的细节层次LOD表示山体各部分,并结合视觉剪裁和帧间相关性进一步减少绘制的山体,达到加速三维地形的绘制和漫游的目的.使用混合纹理映射、阴影渲染技术,并加入山谷中的水面模拟,生成具有真实感的大规模三维风景场景.实验结果表明该方法有效地减少了算法复杂度,易实现碰撞检测,大大提高了绘制效率,在PC机上能实时地生成高分辨率、具有真实感的场景,完全满足VR交互要求.     

视点相关的真实感三维风景区模拟研究与实现*

提出采用八叉树组织真实山体数据,根据视点距离采用不同的细节层次LOD表示山体各部分,并结合视觉剪裁和帧间相关性进一步减少绘制的山体,达到加速三维地形的绘制和漫游的目的。使用混合纹理映射、阴影渲染技术,并加入山谷中的水面模拟,生成具有真实感的大规模三维风景场景。实验结果表明该方法有效地减少了算法复杂度,易实现碰撞检测,大大提高了绘制效率,在PC机上能实时地生成高分辨率、具有真实感的场景,完全满足VR交互要求。     

基于多线程并行的大规模场景交互漫游研究

针对大规模三维场景的交互漫游,提出了一种基于多线程并行调度解决方案,并给出了相应的交互漫游算法.该方法使用离散层次细节技术结合视点相关的动态连续层次细节选择和过渡的批LOD技术.在预处理阶段,对大规模场景进行分层分块处理;在实时漫游阶段,采用多线程并行技术:绘制线程利用四又树层次进行可见性剔除和视点相关简化获取当前可绘地形,并将其提交给GPU进行绘制.预取线程通过预测视点的位置,从外存预取相关的几何数据并调入内存.将该方法应用于具体实例,取得了良好效果,证明了该并行方法的有效性.     

大规模雪场景的实时绘制

大规模雪场景的真实感实时绘制在虚拟现实、雪灾的预防和救援、军事仿真及游戏设计等领域有着广泛的应用价值,但现有方法难以同时生成大规模动态雪场景的积雪及飘雪效果.为此提出并实现了一种交互式大规模雪场景建模与实时绘制的新方法.为了精细地模拟场景的积雪效果,提出一种基于视点的自适应降雪遮挡图模型,能在实时更新地物的遮挡关系的同时大大减少大规模雪场景中积雪的计算量,并提高了计算精度;对于场景的飘雪,采用一种基于视点的雪粒子分层建模技术来减少雪粒子数量,将视点变换及降雪粒子系统移至GPU中进行加速计算;采用动态多旋转纹理来模拟飘落雪花的形状以增加其真实感;采用几何与纹理混合绘制的方式来减少大场景的复杂度.最终成功地实现了野外和城市两个大规模雪场景的实时漫游,在场景中可看到压雪累累的树枝雪挂景象及轿车上厚厚积雪等冬天美景.     

层次可见性与层次细节地表模型相结合的快速绘制

大规模地表模型的实时绘制是虚拟现实技术中重要的研究课题之一。为了加速地表模型的绘制，人们采用视点相关的动态多分辨率层次细节模型方法，但是算法效率依然有待提高。该文提出一种层次可见性与层次细节地表模型相结合的快速地形绘制方法。算法旨在利用地表模型所具有的horizon特性在预处理中为地表多分辨率块模型建立相应的层次“块”可见性结构，快速判定地形块相对于当前视点的可见性，以减少多分辨率模型中模型细节的处理和绘制三角形的数目。同时为消除地表模型层次变化所带来的可见性错误，算法提出一种层次结构可见性计算方法，以修正多分辨率模型所带来的可见性动态变化。实验结果表明算法有效地提高了绘制效率，是可行的。     

超大规模地形场景的高性能漫游

超大规模地形场景包含大量的几何和纹理数据,无法一次性载入内存,并具有极高的复杂度,因而无法进行实时绘制.提出一种高性能的外存地形场景实时漫游技术.该方法使用离散层次细节技术并结合视点相关的动态连续层次细节选择和过渡.算法为地表的简化提出一种新的基于受限法向锥的误差计算方法,使得模型简化具有轮廓保持和光照保持特性.当生成网格包含三角形数目相当时,该方法比传统的基于几何误差的简化更加符合漫游时视觉的感知规律.场景简化过程中提取出的潜在轮廓特征可以通过巧妙地构建漫游时视线方向上的增量地平线来随时更新场景不同部分的可见性信息,并以此控制无用数据页面的载入和无效场景部分的绘制,提高绘制速度.漫游系统采用多线程技术,使CPU,GPU,I/O三者的效率得到充分发挥,并可实时生成具有光照和阴影效果的漫游图像.     

模型LOD简化的可视化实现

细节层次模型是指对同一个场景或场景中的物体,使用具有不同细节的描述方法得到一组模型,供绘制时选择使用,本文结合DEM均匀网格模型,建立了多层次LOD数据模型,有效地简化了地形模型的绘制,提高了生成效率,使得生成的三维地形有较高的可视性和真实感。     

基于改进Qsplat算法的三维动态积云模拟研究

尽管人们对云模拟进行了大量研究,但是现有的云模拟算法很难在保证实时性的情况下得到真实感较强的云图形。针对这个问题,提出一种结合Qsplat算法与IFS算法的粒子系统的积云模拟方法,并考虑了积云的结构特点。首先,基于Qsplat算法的细节层次树型结构建立树型结构粒子系统,加速粒子系统搜索速度;然后,对距离视点较近的粒子使用IFS迭代函数系统算法增加层次包围球树的层次以丰富云体局部细节来建立云的外形;最后,使用球形图元映射二维纹理进行云的绘制。最终实现了三维动态积云的快速实时模拟。实验结果表明,该方法能够快速地生成实时三维动态积云图形,图形真实感强。     

一种基于视点的LOD生成方法

总结LOD自动生成的一般算法，结合渐进网格模型与实际视觉效果中视点位置和角度对场景细节程度的影响，以与视点相关的因子作为简化标准，根据视点的参数对二叉顶点树的节点进行合并或展开调整模型个部分的细节层次。简化过程采用渐进网格结构，建立了多层次LOD数据模型，有效的简化了地形模型的绘制，提高了生成效率，使得生成的三维地形有较高的可视性和真实感。     

用约束四叉树实现地形的实时多分辨率绘制

在地形可视化领域，实时绘制复杂地形场景的最有效工具是LOD技术，在研究和实验的基础上，提出了一种基于地形四叉树实时构建地形多分辨率模型的优化算法，该算法引入视相关的概念，给出一种与视点相依赖的对地形结点误差进行评价的方法，改进了LOD模型“裂缝”效应消除方法。实验结果表明，该算法能实时动态地生成地形的连续多分辨率模型，实现地形场景的平滑绘制。     

基于多体动力学理论的赛车游戏引擎的设计与实现

运动车辆的实时建模、动力学行为仿真是赛车虚拟环境中的重要组成部分。论文设计并实现了一实时赛车游戏引擎,在引擎车辆建模中提出了一种基于多体动力学理论实时逼真的赛车建模方法,对赛车的真实受力状况进行简化,模拟车辆的各种动力学行为和车辆运动的真实感绘制。并实现了引擎中的碰撞检测技术、音效处理技术、虚拟环境的实时绘制技术。增强用户漫游虚拟环境的沉浸感。     

三维地形可视化技术的研究

由于三维地形可视化有广阔的应用前景,近来越来越受到人们的关注。该文介绍了地形可视化涉及到的数字地形模型、三维地形的显示、地形的多分辨率模型等领域的一些概念和研究成果,重点介绍了层次细节技术在：维地形可视化中的应用。最后使用一个简单高效的节点评价函数,编程实现了基于四叉树的动态多分辨率三维地形。试验结果表明,LOD方法可以很好地满足三维地形可视化和虚拟现实应用中地形实时简化和显示的要求。     

自适应多特征融合的真实感地形快速绘制

针对真实地形可视化中数字高程模型(DEM)数据结构复杂且绘制速度不佳的问题,提出一种基于自适应多特征融合的真实感地形快速绘制方法.引入地形高程熵,对真实的DEM高程数据进行特征提取以生成地形总体框架;利用随机中点位移分形算法并根据地形特征优化分形参数来增加地形高频细节;计算视点与地形之间的距离阈值,并对应于层次细节(LOD)等级,以实现地形自适应的调度,再根据不确定性判定因子对地形特征进行更新.最后对本文算法进行并行处理,充分利用图形处理单元(GPU)技术对地形进行加速绘制.实验结果表明,该方法生成的地形具有较高逼真度和较好实时性.     

基于SRTM的飞行模拟器三维地形生成技术

针对波音737-300全任务飞行模拟器中的地形无法满足国内拥有复杂地形特点机场的训练需求,提出了应用SRTM数字高程数据构建真实地形的方法,并针对sRTM数字高程数据中存在的数据空洞及大数据量的特点,分别提出了基于数据融合的克里金插值算法和基于改进四叉树的1OD地形简化方法,从而在提高原始SRTM数字高程数据精度的同时,也保证以此数据所构建出的地形能够满足飞行模拟器视景系统对实时性的要求。实验结果表明,利用该方法所构建出的地形能够真实地展现机场周边的复杂地形特征,同时,其渲染帧速率也证明了该地形能够满足系统对实时性的要求。     

大区域地形可视化技术的研究

近年来，地形场景的实时绘制已受到人们越来越广泛的关注，目前已经提出的一系列场景加速绘制算法,虽然在不同的应用场合也取得了一定的效果，但都存在着局限性，尚不能满足大区域地形环境的实时高速绘制的要求，而与其密切相关的技术主要涉及到地形多分辨率表示、海量地形数据和纹理数据的分页管理、地形和纹理数据的LOD控制、地形和纹理数据的快速存取和更新等．为了能够对地形场景进行实时绘制，在对大区域地形数据管理和实时绘制技术进行研究和试验的基础上，对构建视相关动态多分辨率模型的方法进行了改进，实现了地形模型多分辨率表示与视相关的有机结合，并提出了一种高效的场景数据存取方法，进而实现了一个整合自适应三角网剖分、地形场景数据分页管理和动态更新等相关技术于一体的地形三维可视化系统，试验结果表明，该算法能够实时绘制地形场景，且质量较好．     

虚拟战场环境中地形场景的实时简化技术

三维地形场景实时简化是构建虚拟战场环境中的基本问题,本文论述了一种基于限制四叉树的地形简化算法,实现对规则格网DEM的连续多分辨率表示,结合实时消隐技术,减少场景绘制的三角形数目,提高了大规模DEM地形场景的实时可视化和动态交互的速度。     

基于分块和包围球误差函数的地形绘制方法

针对大规模地形数据庞大、绘制速度慢的问题,提出一种基于数据分块和包围球误差函数的地形绘制方法。该方法对数据进行分块组织,按行列顺序对数据块编号,实现对地形数据的部分读取。依据视点可见性判断,实时调入可见数据块,设计一种基于包围球的误差函数,通过三角形二叉树构建层次细节模型,实现大规模地形实时绘制。实验结果表明该方法可以取得较高的帧速率和较好的绘制效果。     

视相关地形多分辨率模型在飞行仿真中的应用

对于飞行仿真中海量地形数据,现有的软硬件无法直接对其进行实时连续的绘制,采用视点相关的层次细节模型可以有效地提高实时绘制的性能.该文针对飞行仿真中大地形实时显示问题,对现有的视点相关多分辨率模型算法进行了改进,采用四叉树结构来表示地形,给出了节点的数据结构和构建四叉树的算法;提出了一种新的细节层次选择误差度量标准;实现了视点相关的连续多分辨率地形网格的简化和实时绘制.     

Real-time simulation of large-scale dynamic river water

The real-time modeling and rendering of large-scale dynamic river motion phenomenon is one of the most challenge problems in the research field of simulation, the river water is the most important component in the virtual flood routing process, the simulation should realistically represent its dynamic behavior. This paper embraces a number of techniques covering all the steps of water motion simulation and focuses on the dynamic river surface generation and animation, we describes a combination of modeling methods for flood routing process simulation: FFT-based (Fast Fourier Transform) large-scale water surface modeling and dynamic flood peak generation on water surface using a physically based approach. The real-time rendering techniques for the large-scale 3D scene rendering such as LOD and seamless tiling of LOD patches were discussed in detail, we have adapted them to the rendering of flowing river, new method called template culling for fast clipping were also developed. The methods allow the user to interactively fly over a virtual valley, and there are presented results of implementation of the 3D visualization for river flood routing simulation.