基于视点预测的大规模地形的实时渲染

实时渲染中帧速率往往与地形规模呈反比,尤其是大规模地形的渲染,在单PC下很难达到实时.对此提出了一种基于视点的可见她形预测算法,动态加载地形数据,降低了图形硬件需要处理的数据量,有效提高了大规模地形的渲染速率.同时,针对大范围地形集中加载引起的画面停滞现象,采用外推算法对视点的运动进行预测,对即将进入视锥内的地形数据进行提前加载,实验结果表明,随着地形规模的增大,该方法的渲染速率变化小,实时性能良好,场景画面平滑流畅,可用于虚拟现实或仿真中的地形构建、实时生成等相关领域.     

基于XVL技术的海底地形生成方法

XVL技术提供了大压缩比的不规则表面高精度简化和快速渲染的方法,可提高基于Web环境三维仿真的实时性。文中描述了在下一代三维引航系统中构建XVL格式的三维海底地形的方法,对于移动式、低带宽条件下的高逼真度三维仿真系统的实时性有重要的意义。经过水深数据提取、三角网构建和Lattice表面拟合等步骤后,生成的紧凑的、包含丰富细节的Lattice表面,能够大幅度地减少网络数据的传输量和提高客户端的渲染速度。采用从二维电子海图中提取海底地形数据的方法,充分地利用了珍贵的现有权威性资源,是一种快速构建海底地形的有效方法。本文还详细介绍了在VRML文件中扩展XVL标识,存储和表示海底地形数据的方法。     

基于微机的塔台模拟机关键技术的研究

使用通用三维仿真平台SimGen构建双网结构的基于微机的塔台模拟机,重点探讨了多微机协同的实时三维视景渲染系统的体系结构,用UDP数据协议取得同步渲染数据,并提供了多机协同,用帧缓冲区以及网络流量控制的机制实现了抖动处理,使用两步线性航迹预测算法解决有可能出现的UDP数据的丢失。实践应用表明,基于SimGen运用多微机协同的视景实时渲染系统开发的塔台模拟机具有较低的成本和良好的性能,完全能够满足塔台管制训练和评估的要求。     

一种协同渲染环境下的场景管理策略

随着计算机图形学和虚拟现实技术的发展,场景的实时渲染逐步成为计算机图形学中一个令人关注的重要问题,而各种高沉浸感虚拟现实环境的出现使得多场景的协同实时渲染成为必要。因此,为实现多场景的协同实时渲染,提出并实现了一个协同渲染环境,并对其中采用的场景管理技术进行研究,采用八叉树和场景树相结合的方法对场景中的静态和动态实体分别进行管理,以此为基础,实施了场景管理与绘制相分离的策略。实践证明,利用这种场景管理的思想,结合通信机制,能实现多场景间的协同实时渲染,从而验证了这种场景管理思想的有效性。     

基于OSG引擎的森林火势蔓延仿真系统关键技术研究

针对森林火势蔓延趋势的仿真推演需求,以及森林消防队伍的行动路线选择和实时路径生成的需要,提出了一种融合数字高程信息(digital elevation model,DEM)的扩展晶格模型,将地形的植被、受灾属性与地理高程信息进行结合,通过实时运算得到结果数据并转换为可渲染的资源形式,利用OSG三维渲染引擎将其呈现到最终用户层面。借助这一数据结构以及对应的关键算法技术的研究实现,完成了一套较为完整的森林火势蔓延趋势仿真和灭火演练系统。该系统具有灵活性高,仿真效率和效果较好,支持各种并行计算方法的特点,可以在相关行业和系统中广泛推广和使用。     

面向手机的云端VR三维场景立体显示与交互框架

针对手机无法渲染可交互的高质量三维场景这一弊端,提出一种面向手机的云端VR应用框架。此框架结合云渲染和VR技术在手机端实现可交互高质量三维场景的立体显示,并以手机浏览器作为客户端,利用视频块流传输图像数据、消抖算法(AJA)处理交互数据,实现Web端轻量级渲染,不仅降低了移动端数据可视化运算成本,还避免使用插件和下载安装包。实验表明本文框架的显示帧率能达到30帧每秒,带宽控制在80 kb/s以内,能稳定地在手机上实现传统App无法实现的逼真VR体验。     

基于GPU的自由立体显示器通用渲染算法

自由立体显示器作为三维显示器中的一种,能够产生具有空间感的三维映像,但在显示虚拟的三维场景时,需要对场景进行多视角渲染,渲染和数据传输次数都数倍增加,因而实时渲染成为难题。与传统的多视角渲染方法不同,提出的加速算法改变了渲染流程,把每个视角渲染后用于合成的子图像不再存回系统主存中,而是将这些子图像传入纹理内存。同时程序中采用了多处最新的OpenGL扩展功能,通过FBO将场景直接渲染到三维纹理,极大提高了纹理传输和多层纹理混合的效率,从而加速了整个渲染过程。另外,由于本方法保留了对各视角图像的独立渲染运算,对渲染场景具有很强的通用性。通过与其他算法的实验比较,证明了提出方法的通用性和稳定性,达到了实时显示的要求。     

面向多视角渲染任务的超实时可视仿真系统

针对多视角渲染任务超实时可视仿真这一难题,从理论上分析了面向多视角渲染任务的超实时仿真实现原理及可行性,提出了一种仿真计算与渲染计算分离的超实时可视仿真系统架构;提出了一种基于并行渲染的超实时可视仿真方法,解决了渲染任务分配、仿真世界同步、渲染时机选择等关键问题。实现了基于虚幻引擎（unreal engine4,UE4）主从模式的超实时可视仿真系统;设计系统应用案例,测试了超实时仿真性能,验证了该超实时可视仿真系统在多视角渲染场景下的渲染效率和超实时仿真能力。     

基于GPU的全球海量数据的快速调度与渲染

将地形的高程数据和影像数据都转化成纹理图,按照多级地理信息网格来存储.通过GPU的光栅通道直接访问纹理,所有运行时的计算(访问纹理图,法线的计算,渲染地形)都完全由GPU来执行,提高了速度,节省了CPU资源.     

三维交互场景中基于图像的实时阴影渲染与反走样技术

阴影是增强三维场景真实感的重要手段.首先对三维场景中的阴影进行分类并分析其具体要求,考虑到满足虚拟场景的交互性,针对静态阴影,采用改进的快速光线跟踪算法和预烘焙生成光照图方法分别实现了地形和地物阴影;针对动态阴影,采用光源空间透视阴影图技术进行实时渲染.对基于图像渲染阴影存在的边缘走样问题进行了分析,讨论了投影参数对反走样的影响,并验证其效果.实现的阴影效果达到了较好的实时性和真实感.     

一种加速复杂场景绘制的可见性判断算法

论文研究了基于微机平台的复杂场景实时生成的关键技术,采用面向对象技术构造了虚拟场景的树型层次组织,提出了基于三维地形的场景空间层次包围盒构造方法,基于空间层次包围盒进行快速可见性预判断和LOD层次计算,实现了一个基于微机平台的复杂场景实时生成系统,并应用于虚拟战场的实时仿真。     

大规模地形动态快速绘制技术研究

大规模地形的快速绘制是目前的研究热点,如何有效地进行地形数据组织及模型简化,关系到渲染的速度和效果。为解决这个问题,结合现有算法提出了一种基于灵活简化准则的分块连续LOD模型构造算法,以及相应的模型预裁减调度绘制算法,将大规模地形转换为小块地形进行处理,并利用视点运动的连续性和前后帧的相关性,管理调度细节层次模型。实验结果表明,该算法有效地解决了绘制速度与质量之间的矛盾,较好地实现了大规模地形场景的实时快速漫游。     

嵌套二叉树实现大规模地形实时绘制

实时调入视点可见数据,快速动态地建立连续细节层次(LOD)模型是提高大规模地形绘制速度的关键技术。在数据分块组织的基础上构建了两层嵌套二叉树。通过索引数据二叉树和可见性判断,实现可见数据的实时调入;对可见数据块,通过LOD建模三角形二叉树和设计的基于包围球的节点误差评价函数,实现连续LOD模型的快速动态构建,提高大规模地形的绘制速度。实验表明文中的方法可以取得较高的帧速率和较好的绘制效果,实现了大规模地形的实时绘制。     

基于区块自适应网格的全球地形快速绘制算法

在基于球面剖分的全球地形数据组织模型基础上,实现了一种视点相关的全球地形数据快速调度与可视化的算法。提出了一种基于区块纹理分辨率的自适应目标层次模型提取方法,能够快速准确地得到视点相关的正确细节模型,且算法的时间空间复杂度与全球地形模型的数据量无关。进而通过利用区块结构的一致性进行高效的外存数据调度,尽可能地减少了系统I/O带来的性能瓶颈,在实现数据重利用的同时很好地管理了内存消耗。实验表明,基于该算法可以实现全球地形的高效绘制,并且对硬件配置要求很低,具有很好的实用性。     

基于自适应四叉树视相关的多分辨率地形简化

提出了一基种于自适应四叉树结构视相关的动态多分辨率地形简化算法。主要讨论了地形简化中多分辨率地形网格生成、节点评价函数、多分辨率LOD转化时的图像跳跃以及多分辨率地形纹理映射着等关键技术问题，有效地解决了多分辨率地形网络拼接中的裂缝问题和层次细节转化中的图像跳跃现象。     

基于海量空间数据的实时地形视景仿真算法研究

随着数字地球和数字城市概念的提出，建立海量空间数据的实时地形视景仿真系统受到了越来越多的关注。建立了多分辨率空间数据的四叉树结构模型，提出了基于屏幕分割的LOD数据装载算法和基于相同地理空间大小的LOD数据分割方法，实现了任意方向和分辨率数据块之间的无缝拼接，融合了视相关和地表特征的地形简化方法，同时综合运用了可视区数据的各种预处理手段，提出了可视区数据小号更新算法．通过原型系统开冀。在微机平台上地形绘制速度可达每秒25帧.     

一种实时连续LOD技术的改进算法

建立多层次细节模型是提高大规模地形场景绘制速度的关键技术。本文在传统的基于四叉树的实时连续LOD生成算法基础上,提出了一种改进算法。该算法首先采用Mortan码的编码方式对地形数据简化,利用不完全四叉树存储简化后的高程数据,然后根据视点位置和网格空间对象误差的关系建立基于不完全四叉树的LOD模型,最后采用背面剔除算法将起伏地形的不可见部分去除。笔者使用该方法描述荆江地区的地形,取得了较好的简化效果。     

一种基于顶点纹理的LOD地形渲染算法

Shader Mode 3.0引入的Vertex Shader Fetch是GPU可编程图形渲染技术发展的又一重要进展,基于该技术提出了一种新的地形渲染算法.算法主要特点是将地形高程数据组织成单通道纹理存放于显存,用于支持视点跟随的LOD地形渲染.绘制阶段,CPU端只需输入平坦的嵌套状的网格,GPU端首先根据当前视点参数计算该网格顶点的实际二维位置坐标,使用该坐标从地形纹理中采样出该顶点的高程值,这样平坦网格的顶点获取到实际的三维坐标值,图形渲染管线将继续处理直至输出显示.如此安排绘制流程可以彻底消减CPU计算负载,转而充分运用GPU高数据处理能力和可编程特性.实验表明,使用本算法绘制地形,效果逼真、绘制效率大大高于传统LOD地形绘制算法.     

一种新的地景模型简化与快速绘制方法

地景模型是一类重要模型。它可以广泛应用在航空，航天与军事指挥等领域，但由于其数据量极大，如何实现快速绘制是一个难题，本文在分析地景模型数据特点的基础上，提出了地景模型简化的判决准则，并根据该准则提出了基于视点与图像分辨率的区域数据抽取与网格重构方法，以及基于法矢量（梯度）的模型简化及其LOD层次表示，最后进行了实验验证，结果表明，该方法数据压缩量大，绘制速度快，且逼真度无明显变化。