一种基于流体动力学模拟的水墨渲染方法

基于流体动力学模拟技术提出了一种新的水墨效果渲染方法,利用高级着色器语言（HLSL）通过图形处理单元（GPU）就纹理的顶点与像素进行处理。通过交互,计算出逐像素的外力及其所引起的加速度,将其作用于待处理纹理中,从而实现对该纹理实时水墨效果的渲染。实验结果表明,该方法具有较好的水墨动态特性的仿真效果,可以对渲染过程进行控制和干预,并能够实时显示。     

一种基于GPU的大规模水面实时模拟方法

大规模水面的实时模拟一直是虚拟现实技术中的一个研究热点。在各种虚拟场景中,绚丽逼真的实时的水面效果可以大大增强场景的真实感和沉浸感。采用高度图和增加随机扰动的方法实现动态水面的建模,为了增加水面效果的逼真度,结合使用了纹理映射、色彩融合以及动态纹理技术,实现了具有波纹、反射、折射和水面流动等水面效果。为了加快渲染速度,利用可编程图形硬件的强大计算能力,将顶点法向量计算,水面发射折射等需要大量计算的步骤,通过GPU编程的方式实现。较传统的基于CPU的水面模拟,本文试验结果不仅真实感比较强,渲染速度更是有了很大的提高,说明本文算法的可行性和在渲染速度上的优越性。     

GPU实时构建四叉树的快速地形渲染算法

针对传统四叉树场景渲染CPU占用率高、带宽开销大的缺陷,提出一种适合于GPU实现的四叉树场景分割和渲染算法.利用纹理和像素着色器实时构建四叉树,使用几何着色器实现GPU对四叉树的遍历和场景分割;针对已有的动态构建算法中裂缝消除算法难以用GPU实现的缺点,通过在四叉树构建中引入"过渡集"的概念,有效地消除了不同分辨率层次之间可能出现的裂缝.实验结果证明,与传统的动态构建算法相比,文中算法易于GPU实现,无需CPU干预,并降低了带宽开销,可以达到较高的帧速率.     

基于流场的流动水体仿真

为了逼真地模拟自然河道中的流动水体,提出了一种基于流场的流动水体仿真方法.应用流体力学原理,实时计算稳定水流的速度,构建河流的流场,然后运用流场驱动并约束满足泊松碟分布的块状纹理在河道内移动,通过对块状纹理进行混合与渲染,构成了一种自然水体的动态流动效果.水面渲染采用GLSL (opengl shading language)着色器进行渲染,实际运用GPU可编程渲染管线进行图形计算,减少了CPU的实时运算量,提高程序的整体效率,实践表明,应用以上方法可以有效地模拟流域内的动态流动水体.     

基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟

基于粒子系统的雨雪模拟大幅提高了三维场景的真实感,但传统的基于中央处理(CPU)的粒子系统的渲染效率难以达到在大规模场景中进行雨雪渲染的要求.为此,提出了一种基于GPU的粒子系统来渲染雨雪场景的算法.该算法在视点前的一个固定区域内产生和绘制粒子,在顶点着色器中进行粒子属性的更新,在几何着色器中将粒子从点扩展为矩形,并对每一帧中的粒子的属性进行缓存处理,保证了粒子属性更新的连续性.此外,采用多幅雪花纹理与粒子随机组合,使雪花效果符合多样性和随机性.实验结果表明,该算法能在大规模场景中进行雨雪效果的实时渲染,并有较高的真实感.     

基于GPU加速的三维水面模拟

提出一种基于水面物理特征和GPU实时加速的水面效果三维模拟方法．根据水面运动的物理特征和水面纹理变化特征,采用4个周期函数叠加产生几何波和2个周期函数叠加产生纹理渡,使用凹凸纹理表现水面的细节．通过环境映射实时模拟出水面的反射等现象,通过GPU实时加速渲染,最终生成实时并且生动逼真的水面。     

NURBS裁剪曲面绘制方法

根据NURBS曲面在u,v参数域的偏导数动态地把NURBS曲面细分成一些四边形区域,然后用双三次Bézier曲面实现这些四边形的C1连续的逼近。完成裁剪曲面绘制这个过程需要由GPU(Graphic Processing Unit)执行两遍。第一遍先由几何着色器实现裁剪曲面的三角化,再由像素着色器生成裁剪纹理。在此基础上执行第二遍,由几何着色器实现双三次Bézier面片的镶嵌,然后由像素着色器根据裁剪纹理绘制出裁剪后的NURBS曲面。采用GPU实现NURBS裁剪曲面的绘制,把大部分的计算从CPU迁移到了GPU。     

一种三维头发的仿真方法

头发的仿真一直是计算机图形学中最具挑战性的问题之一.为了得到真实感的头发图像,运用了基于NURBS曲面的头发建模方法,由悬臂梁模型在头部曲面附近生成关键头发曲线;调节控制点改变曲线形状;构造NURBS曲面四边形带代替头发簇;在头部模型对头发进行光照渲染,可以使用纹理方法映射颜色纹理和alpha纹理以生成真实头发.最后碰撞检测与响应手段增强了头发动态感.仿真结果表明,上述方法可以获得具有比较逼真效果的头发图像.     

基于光线投射的全GPU实现的地形渲染算法

地形渲染算法需要处理大量的地形及纹理数据,影响三维动画显示的流畅性和性能提高。随着GPU绘制能力提高,CPU与GPU的负载失衡逐渐成为制约性能提高的瓶颈。结合现代GPU体系结构,在GPU上实现了基于光线投射（Ray Casting）的地形渲染算法。算法简化了Ray Casting算法,把LOD策略和预裁剪统一到GPU中实现,保证了CPU和GPU之间的负载平衡,同时简化了应用程序的编制。为获得较好效果,还采用查找表（Lookup—Table）的实时纹理合成算法合成纹理,进一步降低了CPU处理纹理数据的开销。实验表明,本文算法不仅充分利用了GPU的处理能力,还降低了CPU负载,提高了动态三维重建的帧刷新率,并获得较逼真的渲染效果。     

基于GPU多纹理混合技术的循经感传模拟的设计与实现

为了在虚拟人体经络系统中模拟循经感传现象,提出了一种基于GPU的纹理混合技术,通过对三张不同色的纹理贴图进行采样,在GPU的像素着色器中根据混合公式合成最终的纹理,实现了循经感传动态模拟效果.程序设计结果表明:在不同的模拟参数下,系统都能够实时逼真地重现循经感传过程.因此采用多纹理混合技术来模拟感传是一个合理有效的解决方案.     

基于GPU编程的真实感水面模拟绘制

提出基于GPU编程的真实感水面的优化实时渲染算法。介绍了各种水面渲染需要使用到的图形,数学处理技术。通过固定的顶点流实现了水波建模,凹凸映射贴图和纹理混合,水面的反射和折射等多种特效,并使用可编程流水线的补色渲染完成最后的水面绘制。实验证明该方法可以很好地模拟真实水面的渲染要求,可以满足3D游戏和动画中对水面渲染的需要。     

基于GPU编程的真实感水面模拟绘制

提出基于GPU编程的真实感水面的优化实时渲染算法。介绍了各种水面渲染需要使用到的图形,数学处理技术。通过固定的顶点流实现了水波建模,凹凸映射贴图和纹理混合,水面的反射和折射等多种特效,并使用可编程流水线的补色渲染完成最后的水面绘制。实验证明该方法可以很好地模拟真实水面的渲染要求,可以满足3D游戏和动画中对水面渲染的需要。     

基于硬件加速和粒子系统的实时喷泉模拟

喷泉效果可以增强三维场景的真实感。论文用粒子系统作为喷泉建模的方法,通过动力学原理模拟水流的运动,对水流中粒子的运动采用循环式的重复使用,从而大大提高程序运行效率。利用Direct3D对粒子绘制的支持,通过Shader编程充分挖掘GPU的处理能力,并对水珠粒子进行多样化的高效绘制。通过CPU与GPU相互结合的方式,既保证了喷泉效果的真实感,又有较高的运行效率,也能满足系统实时性的速度需求。     

Geometry-shader-based real-time voxelization and applications

This work proposes a new voxelization algorithm based on newly available GPU functionalities and designs several real-time applications to render complex lighting effects with the voxelization result. The voxelization algorithm can efficiently transform a highly complex scene in a surface-boundary representation into a set of voxels in one GPU pass using the geometry shader. Newly available 3D textures are used to directly record the surficial and volumetric properties of objects such as opaqueness, refraction, and transmittance. In the first, the usage of 3D textures can remove those strenuous efforts required to modify the encoding and decoding scheme when adjusting the voxel resolution. Second, surficial and volumetric properties recorded in 3D textures can be used to interactively compute and render more realistic lighting effects including the shadow of objects with complex occlusion and the refraction and transmittance of transparent objects. The shadow can be rendered with an absorption coefficient which is computed according to the number of surfaces drawing in each voxel during voxelization and used to compute the amount of light passing through partially occluded complex objects. The surface normal, transmittance coefficient and refraction index recorded in each voxel can be used to simulate the refraction and transmittance lighting effects of transparent objects using our multiple-surfaced refraction algorithm. Finally, the results demonstrate that our algorithm can transform a dynamic scene into a set of voxels and render complex lighting effects in real time without any pre-processing.     

Fast indirect illumination using Layered Depth Images

We present a novel hybrid rendering method for diffuse and glossy indirect illumination. A scene is rendered using standard rasterization on a GPU. In a shader, secondary ray queries are used to sample incident light and to compute indirect lighting. We observe that it is more important to cast many rays than to have precise results for each ray. Thus, we approximate secondary rays by intersecting them with precomputed layered depth images of the scene. We achieve interactive to real-time frame rates including indirect diffuse and glossy effects.     

深度剥离与GPU结合的近似软影算法

针对基于阴影图算法扩展的一些近似软影算法中存在的只考虑外半影区而导致的本影区过多估计的问题,提出了一种深度剥离与GPU结合的近似软影实时绘制算法。算法利用GPU的几何着色器来提取场景物体的轮廓边并生成内半影和外半影图元,进而得到整个内外半影颜色图和深度图,最终阴影绘制的时候通过参考阴影图和内外半影图来确定每个可见像素的明暗值,从而得到比以往算法较真实的绘制效果,算法完全在GPU中实现。实验结果表明,对相对不复杂的场景,该算法可以生成较真实的软影效果,且绘制帧率完全达到实时。     

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。     

基于GPU的真实感毛发快速绘制

提出一种基于图形处理器(GPU)加速的真实感毛发快速绘制方法.方法通过混合绘制多层次的半透明纹理层来表示物体表面的毛发效果,并在绘制过程充分运用了GPU的可编程功能.其中采用GPU的顶点绘制器来完成多层网格层顶点位置的计算;采用像素绘制器来实现毛发特殊光照效果的计算.实验表明,通过采用GPU可编程计算,毛发的绘制速度得到了明显提高.方法对中等规模的模型达到了实时的毛发绘制速度,并具有逼真的仿真效果.     

Dynamic sampling rate: harnessing frame coherence in graphics applications for energy-efficient GPUs

In real-time rendering, a 3D scene is modelled with meshes of triangles that the GPU projects to the screen. They are discretized by sampling each triangle at regular space intervals to generate fragments which are then added texture and lighting effects by a shader program. Realistic scenes require detailed geometric models, complex shaders, high-resolution displays and high screen refreshing rates, which all come at a great compute time and energy cost. This cost is often dominated by the fragment shader, which runs for each sampled fragment. Conventional GPUs sample the triangles once per pixel; however, there are many screen regions containing low variation that produce identical fragments and could be sampled at lower than pixel-rate with no loss in quality. Additionally, as temporal frame coherence makes consecutive frames very similar, such variations are usually maintained from frame to frame. This work proposes Dynamic Sampling Rate (DSR), a novel hardware mechanism to reduce redundancy and improve the energy efficiency in graphics applications. DSR analyzes the spatial frequencies of the scene once it has been rendered. Then, it leverages the temporal coherence in consecutive frames to decide, for each region of the screen, the lowest sampling rate to employ in the next frame that maintains image quality. We evaluate the performance of a state-of-the-art mobile GPU architecture extended with DSR for a wide variety of applications. Experimental results show that DSR is able to remove most of the redundancy inherent in the color computations at fragment granularity, which brings average speedups of 1.68x and energy savings of 40%.

     

基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染

基于光线追踪,将屏幕图像像素分解为投射光线与场景对象交点面片辐射亮度和 纹理贴图的合成,每个面片的辐射亮度计算基于双向反射分布函数(BRDF)基的线性组合,并通 过图形处理器(GPU)处理核心并行绘制进行加速,最后与并行计算的纹理映射结果进行合成。 提出了一种基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染算法,利用GPU 并行加速,在提 高绘制效率的前提下,实现动态交互材质的全局光照实时渲染。重点研究：对象表面对光线的 多次反射用BRDF 基的线性组合来表示,将非线性问题转换为线性问题,从而提高绘制效率; 利用GPU 并行加速,分别计算对象表面光辐射能量和纹理映射及其线性组合,进一步提高计算 效率满足实时绘制需求。