基于视域剔除和图像缓存技术的复杂场景快速绘制方法

结合基于场景图构建的虚拟场景和仿真应用的特点,提出了一种基于视域剔除和图像缓存技术的复杂场景快速绘制方法。此方法能够有效地解决图像缓存算法中,由于未考虑视域不可见剔除,而造成的绘制元素复杂度计算偏差引起图像缓存误判断,从而降低绘制效率的问题。另外,通过对图像缓存有效性的判断,可以简化视域不可见剔除的判断,提高绘制效率。     

可见性驱动的复杂场景连续多分辨率绘制

提出一种视点相关的连续多分辨率模型与可见性剔除相结合的复杂场景加速绘制算法。将复杂场景表示为场景图,然后自底向上构建场景的连续分层层次细节(CHLOD)模型;在实时绘制时,利用图形硬件的遮挡查询功能实现快速的层次遮挡剔除,并根据遮挡查询返回的可见象素数近似度量物体的可见性程度,通过与传统视点相关的细化准则相结合,实现了一种可见性驱动的场景连续多分辨率简化绘制方法,能够在保证场景绘制精度的同时进一步提高场景绘制的速度。     

一种面向阴雨天气大规模水域交互模拟方法

针对计算机图形学中大规模水域雨场景绘制的难题,提出了一种适合大规模水域雨场景实时绘制的方法.将改进的波动方程引入雨天湖面波动以及雨滴与湖面的交互效果模拟中,结合快速傅里叶变换的风力趋向性以及周期性,建-了雨天水面交互波动的数学模型,根据数学模型构建了雨天水面交互高度图,通过光照渲染,实现了湖面反射效果和雨线绘制.为了提高模拟效率,整个过程在GPU中实现,并采用基于四叉树的多细节层次技术进行加速.在1 440×900的图像分辨率下,帧速达到了98 fps,满足了实时交互模拟的需求.     

基于GPU的地形遮挡剔除算法

针对大规模地形场景，以GPU提供的遮挡查询功能为基础，提出了一种基于GPU的遮挡剔除算法。根据增量水平线原理，利用模板缓冲区进行重叠测试，并采用查询列表方法避免了CPU和GPU互相等待造成的延迟。实验结果表明，该算法有效地减少了送入图形流水线的几何数据，并在贴地漫游的情况下，显著提高了场景绘制速度。     

基于外存的大规模虚拟环境交互漫游

针对大规模虚拟环境的交互漫游,提出了一种基于外存的场景数据组织方法,并给出了相应的交互漫游算法。首先将场景数据分块组织成八叉树层次结构,然后为每个八叉树节点生成渐进网格表示。在实时绘制阶段,利用八叉树层次进行粗的全局细化,利用渐进网格进行细的局部细化。该方法可以对具有上千万三角形面片的大规模虚拟环境进行交互绘制,并且可以得到连续的LOD变化,消除交互漫游时的“Popping”(跳跃)现象。     

一种基于视角剖分的可见性算法

文中提出了一种适用于在给定视点运动路径情况下,处理三维场景的可见性预处理算法。首先对所有可能的视线方向所对应的立方体进行细分,然后对分割后的平面沿着运动路径移动所形成的光束体进行可见性预处理,最后合并这些光束体得到对该运动路径的可能可见面集合(PVS)。由于能够有效的剔除被较大的物体遮挡的小物体,使得PVS中的面片数量远小于整个场景的面片数目,这样就可以避免绘制完全不可见的物体,从而提高场景的实时绘制的速度。     

基于多分辨率遮挡剔除的复杂地形绘制框架的研究

基于复杂地形实时绘制的特性,分析了地形多分辨率建模与遮挡剔除技术结合的必要性,提出了一种将地形多分辨率建模与基于最小二次方平面的地形遮挡剔除相结合的地形绘制框架及其设计原则.基于该框架的地形绘制算法除了能有效减少送入绘制管道的多边形数量之外,还充分考虑了算法性能的最优化及地形的动态扩展.实验表明了基于多分辨率遮挡剔除的地形绘制框架的可行性和有效性.     

分布式虚拟地形场景仿真研究

随着分布式虚拟GIS在仿真和军事中的应用需求，大范围，海量地形数据在网络环境下实时绘制技术成为GIS研究的重点之一。主要探讨了大范围、海量地形数据在网络环境下的分布式数据组织，基于服务器和客户端多级地形LOD模型的三维地形场景的实时交互绘制方法，最后通过实验系统对上述方法进行了验证，实验表明采用该方法建立的分布式虚拟地形场景，能有效减少网络传输的数据量，并且符合人对地形场景的观察习惯。     

大规模海战场景建模与绘制技术研究

提出了一种考虑球面曲率影响的海浪建模方法,解决和消除了模型生成中存在的计算量大和高纬度"压缩"等问题;依靠可逐点计算生成海浪模型,利用屏幕细分自适应算法将计算和绘制限制在与视点相关的可视球面海洋区域.基于船行波理论和粒子系统理论方法,根据船行波粒子所受外力构建其运动方程,模拟船行进过程中船首波.船尾波.最后,在PC机上进行了实验,结果表明用户可以在数字地球平台上实现大规模海战场景交互漫游.     

Virtools软件与地理空间数据集成技术研究

虚拟现实技术是目前研究的热点问题,虚拟"现实"技术在虚拟游戏领域中已经得到了广泛应用,但真正的利用三维来表达现实世界场景的却并不多见.针对虚拟现实技术中的难点问题--真实三维场景建模及三维地理空间数据的存储和管理问题进行深入探讨,并提出了自己的见解:通过利用优秀的三维游戏软件Virtools组织和管理三维数据的优势来存储和管理地理空间数据,并采用了基于视锥剔除算法的2级LOD模型和通用分页管理技术来对地理空间数据进行优化.最后通过北京和济宁两个实验区验证了算法的可行性,实现了地理空间数据的有效组织、管理和存取,达到了三维场景的快速渲染与显示.     

一种实时视景仿真中高度场地形绘制算法

大地形的快速实时绘制对于虚拟现实、GIS、飞行模拟、游戏制作等方面的应用都有着重要意义。这方面，国内外算法主要集中在视点相关连续LOD(Level of Detail)上面。对已有算法进行了综合及改进，实现了一个简单快速的大地形绘制算法。算法中，视区剪裁采用“中点分割”的思想，结合了四叉树剖分过程，提高了效率。误差控制方面，引入预处理及误差反馈的思想，并对误差进行扩散，加速了绘制同时保证了对地形细节的表现。算法对裂缝拼接也做了改进。算法运行结果良好，在普通微机上即可达到较高的帧速率和较好的绘制效果。     

动态八叉树在复杂场景设计中的应用

主要介绍一种适合管理复杂三维场景的面向对象动态八叉树。方法利用对象间的空间位置关系,将八叉树、AABB树与面向对象概念相结合,构成一种能根据动态场景快速更新的面向对象动态八叉树。该树叶节点是带有AABB层次树的物体对象,场景设计时通过八叉树、AABB树、三角面族这种从宏观到微观的搜索方式快速确定要编辑的对象及其部位,有效避免了对场景中所有物体的遍历,提高了场景设计效率。     

基于视域剪裁的三维场景快速消隐算法

提出了一种基于视域剪裁的三维场景快速消隐算法。对于场景中每个物体,通过判断其最小闭包长方体是否和视域相交,以决定是否绘制此物体。在我们的算法中,视域被抽象成一个近似方锥。这种近似并不影响判断效果,而算法的逻辑得到了极大的简化,速度得到了很大提高。在每一次相交判断中,只需进行乘法和加法运算。因为此算法数据结构简单,可以和其他基于层次遮挡的消隐算法一起使用。由于算法逻辑简单,适合采用硬件实现。     

THE 8~(th) INTERNATIONAL CONGRESS ON INDUSTRIAL AND APPLIED MATHEMATICS

正August 10-14,2015Beijing,ChinaThe International Congress on Industrial and Applied Mathematics(ICIAM)is the premier international congress in the field of applied mathematics held every four years under the auspices of the International Council for Industrial and Applied Mathematics.From August 10 to 14,2015,mathematicians,scientists     

2014 List of Referees

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《Journal of Systems Science and Systems Engineering》Contents of Volume 23,2014

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