基于可编程流水线的水墨画效果实时绘制

为了提高对三维模型进行实时水墨渲染的效率,同时扩展水墨效果在计算机动画中的应用,利用先进的可编程图形流水线技术,结合多种纹理贴图技术,边缘评估算法,多种图像空间内的后期处理算法,实现了水墨风格生物动画的高效率实时渲染.用户可根据需要对场景和系统进行配置并实时调整视角和缩放.实验结果表明,运算速度能够满足交互系统的实时性需求.     

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。     

实时数字浮雕建模

针对现有的数字浮雕生成方法速度较慢且浮雕细节不够丰富的缺点,提出了新的高细节实时可交互地生成数字浮雕的方法.首先提出了一种高细节动态范围压缩函数,并在理论上证明了它比目前的压缩函数能更好地保持细节;然后基于该函数建立了一个实时数字浮雕建模系统,其将建模、交互和渲染流程放到GPU上实现,并利用多目标渲染提高帧缓存的利用率,获得了实时建模速度.系统中还设计了一个交互控制界面,使用户能实时地调整刻画浮雕的各种参数.实验结果证明,该方法能快速、便捷地制作出比现有方法具有更高细节特征的数字浮雕.     

基于OGRE引擎的虚拟场景浏览

虚拟现实技术的虚拟交互性得到了越来越广泛地应用,虚拟场景浏览技术有效地解决了现实世界的时空局限等瓶颈问题.在对虚拟现实(3I)原理研究分析的基础上,依据插件设计的思想,设计了一种基于OGRE引擎的虚拟场景浏览框架,框架明确的包含两个端:渲染端和控制端.渲染端封装了OGRE渲染引擎,实现了快速实时的渲染;控制端,通过建立虚拟漫游交互机制来完成虚拟场景与外设的实时控制.基于OGRE八叉树的场景管理、射线查询算法、寻路算法、物体的拣取、RTT等技术的运用实现了用户与虚拟环境的交互系统,用户操作信号输入到计算机中并作用于虚拟环境,创建实时渲染处理结构,实现人与虚拟环境的实时快速的交互;基于OpenAL,OggSound的音效系统,克服了用户在场景浏览时的单调与乏味,更具真实感,丰富了场景浏览的真实性.在实践中应用OGRE图形引擎、CEGUI界面库、OpenAL,OggSound声音库实现了该系统.     

协同系统中三维图形渲染的分布式架构

在三维协同系统中,三维图形的渲染效率和传输速度影响到了系统的整体效率。本文采用分布式架构保证三维图形在协同系统中的渲染和传输效率。把渲染好的三维图形以拍照的形式生成图片在网络中传输,打破了传统三维图形渲染对浏览器的限制以及对移动终端消耗巨大资源的局限。服务器端通过建立多线程TCP通信,既保证了用户交互操作的可靠性,同时又避免了多个用户同时操作三维图形时出现的操作二义性。最终实现用户与三维图形的实时交互,从而提高用户体验。      

基于LBM模型在GPU上实时草波动的实现研究

对室外复杂场景真实感的渲染的需求越来越高.越来越多能体现真实感渲染的物理模型用于实时渲染中.LBM(Lattice Boltzmann Model)模型在保证质量守恒和动量守恒的前提下,能模拟复杂流体运动.而图形硬件(GPU)的发展,使LBM模型能在GPU上实现,提高了算法的运行效率,使之能用于实时渲染.为了实现对室外复杂场景真实感的渲染,提出了基于物理模型实现实时渲染草地波动效果的算法.用LBM模型模拟风力场,用简单且实用的方法建模草地,实现实时渲染大规模草地的波动效果,且能达到比较真实的效果.     

虚拟维修仿真模型实时交互控制方法研究

基于Vega构建的虚拟维修仿真系统不支持鼠标拖动的交互方式,对鼠标控制三维实体实时移动的交互控制方法进行了研究;分析虚拟现实仿真中存在的坐标系及其变换关系,建立了仿真实体实时移动时在世界坐标系、观察坐标系和屏幕坐标系下的映射点关联模型,利用仿真实体在虚拟环境下移动存在的恒定参数关系获取位移关键点坐标,求解仿真模型实时移动映射点关联模型,从而实现了仿真实体的实时移动控制;将实时移动算法应用于虚拟维修训练仿真系统,实践证明,改进后的系统实时性和通用性明显加强,交互更加方便灵活,扩展了虚拟维修训练仿真中的交互方式。     

基于大气散射模型的航空场景实时渲染算法

针对航空仿真系统视景渲染真实性和实时性的问题,提出一种基于大气散射物理模型的室外场景实时渲染方法.首先,根据瑞利散射和米氏散射构建基于地球椭球体的大气散射数学模型,通过预先渲染并将渲染结果保存至纹理以便实时绘制调用;其次,利用基于密度积分的方法进行雾霾效果的模拟,并利用柏林噪声实现雾霾的动态变化效果;最后使用高动态范围技术优化渲染图像.实验结果表明,上述算法适用于场景分辨率较高的航空场景仿真,能够提供帧率稳定、逼真的实时场景渲染画面.     

多用户虚拟校园漫游系统的设计与实现

以北方工业大学的数字化和虚拟化为目标,结合虚拟现实技术,利用Lyinux商业引擎,建立多用户虚拟校园漫游系统,实现交互漫游、全景导航、实时聊天等功能。重点研究提高虚拟场景渲染速度和实现多用户之间的同步。该系统在交互性、渲染速度和真实感等方面取得很好的效果。     

一种基于OGRE图形引擎的实时分布式渲染系统

虚拟现实的实时交互得到了越来越广泛地应用,实时分布式渲染有效地解决了普通PC机渲染的时间瓶颈问题,提高了系统实时渲染性能和输出分辨率。在对分布式渲染原理研究分析的基础上,依据设计模式的思想,设计了一种基于Sort-First结构的实时分布式渲染框架和同步机制,并在实践中应用OGRE图形引擎实现了该系统。     

Stroke-based modeling and haptic skill display for Chinese calligraphy simulation system

The goal of this paper is to study haptic skill representation and display in a Chinese calligraphy training system. The challenge is to model haptic skill during the writing of different strokes in Chinese characters and to achieve haptic rendering with high fidelity and stability. The planning of the writing process is organized at three levels: task, representation and device level to describe the haptic handwriting skill. State transition graph (STG) is proposed to describe switches between tasks during the handwriting. Chinese characters are modeled using 39 typical strokes, which are further grouped into basic and compound strokes. The compound stroke is considered to be sequential combination of the basic strokes. Straight and curve strokes are modeled using line segment and the Bezier curve, respectively. Information from STG is used for real-time collision detection and haptic rendering. Ambiguity of the collision detection at stroke-corner points is prevented using active stroke combined with local nearest point computation. A modified virtual fixture method is developed for haptic rendering. The approach is tested on a prototype training system using Phantom desktop. Initial experiments suggest that the proposed modeling and rendering method is effective.     

基于三维实时渲染技术的虚拟火灾训练系统设计

基于三维实时渲染技术的火灾训练系统包括:建筑三维地图构造和显示及与用户的交互,火灾的模拟,指导逃生和救援决策。探讨了利用实时三维绘制技术、人工智能和模式识别的相关算法结合火灾的危害模型建立虚拟火灾训练系统的途径。通过研究提出了采用虚拟现实来创建火灾和逃生救援的软件系统的设计方案,以及将OpenGL与DirectX相结合在Windows平台上实现基于C/S结构下的虚拟火灾训练系统的技术。     

并行绘制系统中基于网络处理单元的图像合成及显示

随着绘制任务复杂度和绘制数据规模不断增长,使用PC集群进行分布式并行绘制是一个常用的解决方案。Sort-last分布式并行绘制方法具有好的扩展性和负载平衡,但由于图像合成瓶颈的限制,绘制速度不能满足实时需求。本文提出了一个使用网络处理单元（NPU）来进行快速硬件图像合成的方法,开发了一个sort-last并行绘制系统NPUPR。实验表明,针对4个绘制节点,基于NPU的硬件图像合成方法与direct send的合成算法相比,绘制速度有了4倍的提高。本文也给出通过增加网络处理单元来扩展系统支持更多绘制节点的方案,分析表明,系统图像合成性能不会随节点个数的增加而明显降低。     

利用GPU实时绘制水墨画效果

系统可实时绘制中国山水画中常见的物体并生成视频输出，它包括5个模块：多通道技术和新型国画山光照模型的山峦绘制模块、基于位移映射的云层模拟、基于纹理运动的瀑布绘制模块、基于广告牌技术的树木绘制模块和实时视频输出模块．前面4个模块利用GPU可编程特性控制其流水线，对任意三维场景，可实时绘制水墨画效果；用户可根据需要对系统中的各个绘制模块进行配置并实时漫游．     

地形场景的并行绘制及多通道图形输出

开发出基于集群的三维漫游仿真系统,实现地形场景的并行绘制和多通道输出,系统采用OpenGL绘制地形场景,用MPI来实现集群的并行工作和消息传递,该方法能保证漫游系统的实时性和高分辨率的要求,达到令人满意的效果。     

基于球面全景图的虚拟场景实时漫游系统

设计并实现一种基于球面全景图的虚拟场景实时漫游系统。虚拟场景的实时漫游可以通过对球面全景图进行重投影完成。通过重投影球面全景图的可视部分到视平面上,可以生成虚拟场景在不同视线方向上的透视视图。使用球面全景图的重投影算法可以模拟相机的旋转运动,通过改变相机的视域,可以模拟相机的变焦运动。针对直接使用重投影不能满足球面全景图实时绘制的问题,在对球面全景图的重投影算法进行仔细分析的基础上,提出使用查找表和增量计算进行加速的策略。实验结果表明,优化后的系统能够对基于球面全景图的虚拟场景进行实时漫游     

基于CUDA海量空间数据实时体绘制研究

针对海量空间科学数据的精细及实时三维绘制需求,提出并实现了一种基于CUDA语言的并行化光线投射体绘制加速算法,利用传统体绘制算法中光线投射法的可并行特点和GPU中高速的纹理查询的优点,通过一个实际坐标到纹理坐标的转换函数实现了对不规则采样数据的准确采样,并完成了绘制算法的CUDA并行化改造,通过CUDA语言利用GPU强大的并行计算能力实现了对海量空间数据的实时三维光线投射绘制.     

基于层次聚类树的点曲面视点相关绘制

针对点曲面的视点相关绘制问题,提出了一个新的表面基层次聚类简化算法。区别于普遍采用的空间剖分基策略,该算法的显著优势在于能够运用法向锥半角误差标准有效跟踪曲面的起伏变化,并以此为聚类简化过程提供可靠的全局误差控制。离线简化阶段,连同各种预定义的聚类约束条件,算法构造了点曲面模型的连续层次多分辨率表达。实时绘制阶段,层次可见性裁剪以及优化的树遍历提高了系统的整体性能。此外,通过引入附加的轮廓增强机制,在较大的屏幕投影误差和较高的模型简化率情况下,系统仍然能够保证较好的绘制视觉质量。     

基于二叉顶点树的视点相关实时LOD算法

本文提出了一种实时LOD算法，通过对二又顶点树的操作，实现在渲染过程中用不同的细节层次表示模型各部分。采用的细节层次的选择标准有：视见体剔除，背面剔除和屏幕空间的投影误差。实验结果表明该算法可以在保持一定的视觉效果的前提下，大大提高绘制效率。