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.     

基于曲面纹理映射的图像对象阴影快速生成方法

在虚拟环境中，对象阴影的轮廓与在光源位置对对象的观察视图相同。通过对图像对象的视图载体进行网格化分割，对每个网格点基于光线跟踪算法计算投影点，基于光源位置计算对象阴影轮廓，从而提出了一种三维地形场景中基于曲面纹理映射的图像对象阴影快速生成方法，并对算法的性能进行了分析。实验表明，在动态光照条件下，该方法在增强对象真实感的同时，能够获得较为理想的场景渲染实时性。     

基于膨胀腐蚀算法的软阴影生成

针对基于阴影图的半影生成算法中生成速度慢.本影区域过大的问题,提出了基于膨胀腐蚀算法的改进算法.首先利用阴影图的深度图生成一个亮度图,并计算出阴影的半影区相对于由点光源形成的硬阴影的距离,然后利用膨胀腐蚀算法根据求得的距离对亮度图进行适当的膨胀和腐蚀,最后利用经过处理的亮度图求得最终渲染结果.算法充分利用了阴影图算法不考虑场景本身结构的特点,并利用了GPU高度并行计算的优点,可以实现实时动态的高真实感的阴影渲染,并具有抗锯齿走样的特性.     

一种面向场景图系统的刚体模拟应用框架及其实现

场景图系统是在虚拟环境生成领域应用十分广泛的技术,而刚体是虚拟环境中大量存在的一种物体对象类型.借鉴一般场景图的思想,对基于场景图系统的刚体运动建模方法进行了研究,面向通用场景图系统提出了一个实时刚体动力学仿真模拟框架,并针对Vega场景图系统给出了基于开源动力学引擎的模块化实现.     

基于局部二元图的视频对象阴影检测方法

针对在视频对象分割时,运动投影常被误分为视频对象,给出一种新的视频阴影检测方法,该算法基于在灰度图像中阴影区域和背景相应位置具有相同纹理这一事实,其中利用自适应高斯混合模型进行背景建模,利用局部二元图(local binary patterns,LBP)来表征纹理。首先,进行基于自适应高斯混合模型的背景提取,获得包含运动投影的前景分割,分割时加入了LBP纹理相似性判断,减少了分割出的目标内的孔洞提高了分割的精确度。然后利用阴影区域和已获取背景相应位置的LBP纹理相似性,可较好的对视频阴影进行检测。通过实验,获得了不错的阴影检测实验结果,可较好地应用于运动目标检测分割及跟踪等领域。     

基于GPU的加权Voronoi图计算

Voronoi图描述了一种对空间按照欧式距离进行的划分,是关于空间邻近关系的一种基础数据结构,在图像处理、城市规划以及地理信息系统等应用中有着重要的地位.顶点加权Voronoi图是Voronoi图的一种扩展,有着更为广泛的应用,但由于其实现的复杂性,相关算法一直比较少.为此,提出了一种基于GPU的加速算法.该算法利用GPU的高效计算特性,能够实时地生成离散的加权Voronoi图.与现有的算法相比,该方法易于实现,同时实验显示算法具有更好的计算性能.     

数字地球虚拟场景中实时阴影生成算法

针对数字地球虚拟现实三维场景中的实时阴影生成与渲染方法进行了研究,并根据数字地球场景本身数据量巨大、场景坐标范围巨大、以及动态调度频繁的特点,提出了改进渲染质量与渲染效率的方案.与经典的CSM (cascaded shadow map)阴影图算法相比,提出的方法虽然同样基于CSM的场景分割理论,但是对分割的范围进行了进一步的优化和界定,并且提出了地彤地物分别渲染的流程,以同时确保渲染的正确性和效率.还对阴影渲染和大场景动态调度策略之间的矛盾进行了分析,提出了有效的解决方案,并且对未来的工作进行了展望.     

一种挖掘最大频繁子图的新算法

如何从大量的图中挖掘出令人感兴趣的子图模式已经成为数据挖掘领域研究的热点之一.由于其内在的计算复杂性,挖掘全部频繁子图非常困难,且得到的频繁子图过多,影响着结果的理解和应用.解决方案之一是挖掘最大频繁子图.在经典的Apriori算法的基础上,提出了一种挖掘最大频繁予图的新算法Apriori-MaxGraph.首先给出了一种新的、用于计算图的邻接矩阵规范编码的结点排序策略,大大降低了求图规范编码的复杂度,并可以加速子图规范编码序列匹配的速度.其次,针对最大频繁子图,对候选子图的生成进行了规范.最后,采用双向搜索与剪枝策略,大大减小了搜索空间,提高了算法的效率,实验结果表明,Apriori-MaxGraph算法具有较高的挖掘效率.     

面向虚拟环境的场景管理关键技术及其实现研究

研究面向虚拟环境的场景管理关键技术并加以实现。构建了一种能有效描述大规模虚拟环境的场景图和基于该场景图的场景二叉树(SBSP)，以此为基础，实施了场景管理与绘制分离策略。提出一种基于多线程入口的大规模虚拟场景的实时调度方法，该方法由入口根据化身的运动对空间进行实时调度，能避免传统调度方法的复杂的多线程通信。以上述关键技术为核心，利用OpenGL和C 开发了虚拟环境原型InteVRl．0，该系统可实现大规模虚拟环境的场景管理和实时漫游。     

一种快速实现计算流动显示的算法

计算流动显示是近年来在流体力学领域出现的一个新的研究方向,是计算流体力学,实验流体力学,科学计算可视化等领域的结合。本文介绍了实验流体力学中光学流动显示原理,并由此原理提出了由计算流场生成干涉图、纹影图及阴影图的方法,最后给出了一种快速的基于光线投射方法的光线跟踪算法。