光线跟踪的直线与球体求交的快速算法

光线跟踪技术的实用性取决于光线与场景物体求交算法的速度．本文就光线与球体的映射问题，提出了一种光线与球体求交的非解析法，提高了光线跟踪求交的速度     

一种新的基于内包围盒技术的光线跟踪加速算法

目的提高光线跟踪算法中求交测试的效率。方法针对内包围盒方法在光线跟踪中仍存在大量面片需要与光线进行求交测试的不足,以内包围盒对角线中点为分割点建立两个子包围盒,并对新产生的子包围盒递归采用上述分割方法。结果提出了一种新的基于内包围盒技术的光线跟踪加速算法。结论新算法比改进前的算法减少了无效求交测试,加速了光线跟踪。     

八叉树空间结构投影的射线物体求交方法

为了提高光线投射算法中射线与物体求交速度,提出一种利用八叉树空间结构在视平面上投影的射线快速求交方法。算法构造平行于视平面的八叉树空间结构,将每个八叉树叶子包围盒沿视点方向投影在视平面上,将视平面划分成若干投影区域。在射线与包围盒求交时,根据射线落在视平面上的位置,确定其所属投影区域,求出与该射线相交的包围盒。实验表明该算法对传统的光线投射算法效率有较大提升。     

三次Bezier曲线旋转面进行光线跟踪处理的求交算法

对景物进行光线跟踪处理以生成高度真实感图形时，对三次Ｂｅｚｉｅｒ曲线旋转面的求交是一个十分复杂的问题，文中推导了一种简单实用的算法解决上述问题。     

平面与基本实体体素相交性快速测试方法

在实体造型过程中，往往需要进行平面与基本实体体素的求交运算，为了加快求交速度，减少不必要的求交运算，应对平面与基本实体体素是否相交作快速测试。为此，提出了实体造型系统中平面与基本实体体素如圆锥体、圆柱体、球体和圆环体等进行相交性快速测试的一种方法。该方法通过坐标交换和简单的Ｚ坐标比较，便可快速判断出平面与基本实体体素的相交性。     

建筑造型的真实感图形生成

介绍一个用于建筑ＣＡＤ计算机辅助设计的真实感图形生成系统。真实感图形生成过程分为不透明面片消隐、透明面消隐、阴影测试、纹理映射、颜色亮度计算、显示输出等步骤，是一个综合性的真实感图形生成算法。在消隐中使用了Ａ－ｂｕｆｅｒ（缓冲区）算法以进行反走样，透明处理也基于Ａ－ｂｕｆｅｒ算法之上。阴影测试采用了光线跟踪算法的光线求交思想，并且采用深度排序的方法以加速求交。该系统已经在建筑设计中得到应用。     

加快交互式光线跟踪渲染速度的技术研究

优化KD-tree组织结构,使其适合在GPU上存储;合理分配图形,加速硬件GPU内存,细化核函数,并基于该平台并行实现KD-tree的遍历求交;同时利用OpenGL硬件接口,采用公式变换、插值计算等方法,加快视点视角变化时图像渲染速度.试验结果表明,优化数据结构、选择硬件平台和加速渲染引擎是提高交互式光线跟踪渲染速度的三个重要因素.     

光线投射加速算法研究与实现

光线投射算法是医学图像体绘制技术中的经典算法,但绘制速度很慢,文章对其各个环节提出了加速算法,包括设置法向量明暗度查找表,减少投射光线及加快求交采样,并得到了理论验证和实验实现。     

平面与基本实体体素相交性快速测试方法

在实体造型过程中，往往需要进行平面与基本实体体素的求交运算．为了加快求交速度，减少不必要的求交运算，应对平面与基本实体体素是否相交作快速测试．为此，提出了实体造型系统中平面与基本实体体素如圆锥体、圆柱体、球体和圆环体等进行相交性快速测试的一种方法．该方法通过坐标变换和简单的Ｚ坐标比较，便可快速判断出平面与基本实体体素的相交性     

基于硬件的点模型绘制

点云模型是一种新兴的物体几何表示方式,基于点的建模与绘制技术是近年来计算机图形学的研究热点之一。随着可编程特性的出现,GPU成为图形学研究中越来越流行的计算平台。以GPU为计算工具,设计了一种适合于GPU处理的类八叉树空间剖分结构,提出了一种新的基于GPU中的点模型光线求交算法,实现了基于GPU的点模型的快速光线跟踪绘制。     

光线投射的快速算法研究

针对医学体数据场的直接体绘制（DVR）的加速算法进行了讨论。基于体绘制的多种加速技术。利用格雷厄姆求凸壳算法和与平面簇求交算法对体数据场和投射光线进行裁剪,结合多边形的扫描线转换和投射光线的离散化、体素化,改进了光线投射算法。。     

一种高效的自由曲面求交算法

针对目前常用的Ｂｅｚｉｅｒ曲面分割法求交难同时满足高精度和高速度要求的问题，提出了一种快速跟踪求交的算法。着重论述卫确定跟踪起点的方法，并对所求交线的完备性作了充分的考虑。算法利用一曲面参数曲线和另一面的快速求交算法，找到两曲面交线上的某一点，解决了确定跟踪起点的问题，兼顾了快速和高精度两方面的要求；同时，利用求曲面间的极值距离获取控制网格间小交线上的跟踪起点，再用跟踪法求得小交线，从而保证了小交     

基于八叉树编码的CUDA光线投射算法

目的针对传统的GPU光线投射算法绘制效果差,绘制效率低的问题,在CUDA架构上对光线投射算法进行优化和加速。方法首先采用八叉树对体数据进行编码,有效地剔除体数据中对重建图像无贡献的部分;其次,将体数据绑定到三维纹理上,根据体数据大小分配线程,每条光线与体数据求交时采用并行计算;最后,在CUDA内核中实现光线投射算法。结果仿真实验结果表明文中算法可以将传统GPU光线投射算法的绘制速度提高7～15倍,并增强算法的绘制效果。结论算法对传统的GPU光线投射算法的绘制速度和效果都有提高。     

基于虚拟植物冠层的直射光合有效辐射三维分布模拟研究

利用野外调查数据和已有文献资料形成典型杉木生长发育文法规则,以LSTree单树建模软件平台为基础构建单株杉木和虚拟森林场景,采用八叉树数据结构和光线跟踪算法模拟冠层任意三维位置太阳直射PAR三维分布.研究发现:光面求交次数及计算时间受植物模型及虚拟森林场景组织方式影响显著;光线投射平面其投放密度不仅影响着模拟效率,其还...     

一种快速的直线和Bezier曲线求交算法

提出了一种快速的直线和Bezier曲线求交算法,该算法在求交之前先作预处理,收缩求交范围,尽量避免无效的求交计算,从而减少了计算量,提高了求交速度.     

直线与自由曲线的一种求交方法

本文论述了利用计算机对显示器象素的识别功能求直线与自由曲线交点的方法。该方法以自由曲线上的象素点为目标,沿直线插补运算逐点跟踪检测象素点,达到求交的目的。该方法为工程中的直线与自由曲线的求交问题提供了新的解决方法。     

基于Ray Tracing的《计算机图形学》实验教学研究

真实感图形学是计算机图形学的重要研究方向之一,主要研究如何使用计算机模拟真实场景,生成真假难辨的画面。但是,目前高校《计算机图形学》的教学内容常以简单画面的绘制为主,忽略了有关真实感绘制的内容。文中针对真实感图形学,根据真实感绘制中常用的光线跟踪算法设计教学实验,以加强学生对真实感图形学的了解。实验涉及场景光照明模型与几何求交等知识,可以培养学生研究问题和解决问题的能力。     

新包围盒技术

通过只含减法运算的判断,将包围盒所含的平面片分成两种类型：一类是“显然和光线无交”,另一类是“可能和光线有交”．新包围盒技术包含两个算法：一个适用于光线跟踪技术,另一个适用于Ｇｏｕｒａｕｄ技术．     

基于GPU交互式光线跟踪算法的设计与实现

由于GPU并行处理能力和可编程能力的提高,计算量巨大的光线跟踪算法在GPU上的实现成为研究热点．在CUDA平台上验证了Foley等人所采用的KD-tree加速算法,实现了交互式光线跟踪．在图像分辨率为512×512,跟踪深度为4时,针对复杂场薏的渲染速度达到15f／s,基本实现交互式光线跟踪．     

2003-2006年完成的国家自然科学基金项目简介

一、“三维图形学中若干关键问题的研究”(编号：60473108)项目主持人：刘勇奎对以下3个方面进行了研究：1．研究了光线跟踪中沿直线的体素遍历整数算法。创新之处是可以遍历任意分割的三维体素(任意长宽高的非单位体素)并且一步可以处理多个体素。2．研究了求三维实体之间的交。差和并的算法。创新之处是可以求带孔洞的三维凹实体之间的交、差、并部分。3．研究了三维实体的逼近表示方法。该方法可以在相同逼近误差的情况下使表示实体的数据量(例如三角面片数据量)大幅下降。目前共发表论文13篇，相关的研究荣获2005年辽宁省自然科学奖三等…