融合多元触觉和沉浸式视觉的可移植VR软件框架

多元触觉和沉浸式视觉反馈的时空一致性配准以及现有VR软件框架中硬件设备的接入便捷性问题,制约了医疗、商务、娱乐等不同行业中视触觉融合场景的快速开发。为解决这一难题,提出融合多元触觉和沉浸式视觉的可移植VR软件框架,根据视触觉反馈精度要求的不同设计了双层和三层架构兼顾视觉渲染、触觉渲染、硬件控制的不同需求。实验结果表明该框架具有支持视-触融合同步反馈、硬件平台可移植、图形场景开发简便和交互场景可快速替换等特点,能够满足不同领域的交互应用需求。     

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。     

基于光照贴图的Web3D全局光照协作式云渲染系统

提出一套视点无关的Web3D协作式全局光照渲染系统,以解决Web3D动态光照实时渲染问题。整套系统由负责全局光照的云渲染器和负责直接光照的Web渲染器构成,并把用户行为作为计算全局光照范围和频率重要参考依据。云渲染器在光照贴图中渲染光照数据,流式化传输到Web渲染器;Web端在对场景进行直接光照渲染后,通过采样光照贴图信息以获得包含全局光照信息的强真实感场景渲染效果。经实验表明,本系统在云端和Web端均有优异的效率表现,并体现出渲染计算强度轻量化、渲染效果真实化。     

基于HLA攻防对抗仿真中三维视景设计与实现

在SGI工作站上用Vega、Creator开发了攻防对抗三维显示节点，利用仿真的HLA标准开发了三维显示节点客户端联邦成员；提出了联邦仿真数据交互外层网络和三维数据交互的内层网络两层结构；利用TCP/IP可靠传输进行内层数据交互；在保证数据传输的精度和正确的前提下，有效的减小网络的通信量；对离散的三维数据进行平滑处理；使用特效渲染场景；采用多线程、多场景、多通道技术再现战场；给出了智能眼点选择的策略，解决了数据存储面临的诸多问题。     

面向城域多维数据融合的WebGIS系统设计与实现

研究了城域范围互联网地图系统中多维数据格式的融合方法,对基于B/S架构的VR和GIS集成方法进行了探索与实现。设计了多维数据混合的数据模型,支持海量数据的存取与在线显示。使用网页浏览器无需额外插件即可浏览多维地图,并进行三维场景游览与全景漫游,丰富了在线电子地图的表现形式并改善了交互体验。为电子政务、电子商务与电子教务的场景展示提供了一种基于多维数据的WebGIS的解决方案。     

支持并行渲染的虚拟现实开发平台

高性能3D图形卡的发展使得基于PC集群的高分辨率沉浸式虚拟现实(VR)环境开始普及.通过对OpenGL渲染流水线的并行性分析和研究,提出并实现了一个并行虚拟现实开发平台(PVRDP)体系结构,并对平台的关键实现技术,如分布式场景树管理、负载平衡、离屏渲染、渲染资源管理等进行了研究,该平台基于普通PC集群和千兆局域网实现了海量多边形模型的实时并行渲染、输出图像的融合与校正处理.应用表明,PVRDP能够显著降低各类虚拟现实应用系统的开发复杂度,可支持低成本、高性能的沉浸式VR环境.     

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。     

GPU上的实时三维云仿真

云的建模和绘制-直是计算机图形领域研究的挑战之一.提出了一种全在GPU上的三维云模拟和渲染的框架,从面片生成、排序和渲染全在GPU内完成.云建模采用编制的云模型编辑器对云的形状和颜色等属性进行编辑,通过面片组合生成三维云几何模型.云的渲染方面,采用GPU上实现的bitonic排序方法对组成三维云的面片进行排序以实现正确的alpha混合;并将图形引擎特性-几何着色器引入到GPU上的三维云渲染中,实现三维云几何形体在GPU中的生成.开发了三维云生成和渲染模块,实现了可视化仿真应用中大规模和实时渲染的三维云仿真模块.     

一种通用的分布式绘制系统的研究

基于PC集群的并行绘制技术已经越来越多的应用到各个领域中.基于WireGL系统,研究了一种可以同时实现分片渲染、大尺寸显示和全方位、多角度观测三维场景的系统方案,克服了WireGL不能实现多角度、全方位观测的功能上的限制.系统采用客户机和服务器架构,在客户机端通过共享内存的方式,实现了多个进程共同使用场景数据,并且移植性良好,克服了主从节点系统的数据本地化,灵活性较差的局限.     

一种超大规模地形的实时渲染方法

地形的三维可视化在多个领域中有着广泛的应用。本文将地形数据分块技术、LOD技术、视锥裁减技术和ROAM算法等相结合,提出了一种解决超大规模地形数据实时渲染问题的方法。该方法可以实现足够大规模地形数据的实时连续细节层次渲染,并且利用了帧和帧之间的关联性,极大的提高了渲染速度,取得了较好的渲染效果。     

组网雷达探测能力的并行计算与可视化方法研究

深入研究了并行计算与并行绘制相结合的并行框架构建问题。针对组网雷达探测能力的计算与可视化特点,在(PC)集群的基础上,构建了一个并行计算与可视化运行框架。该框架在并行计算中,采用八叉树分割的方法对组网雷达计算区域进行任务分配；在并行绘制中,采用sort-last的并行绘制机制。仿真试验结果表明,该运行框架能够有效地满足大规模组网雷达探测能力计算与可视化的应用需要。     

"数字矿山"三维可视化研究

构建了“数字矿山”三维可视化框架模型,主要分为数据操纵、映射和绘制三个子过程。设计了“数字矿山”可视化系统模型,以集成式混合策略为基础,根据不同的应用目分别采用互补式和转换式混合策略。将体视化技术引入“数字矿山”三维可视化领域,针对“数字矿山”实体对象的不同特征和构模方式建立了光线投射方法、MarchingCubes方法和基于OpengGL技术几何绘制方法的适用条件并进行了实例验证,取得了逼真的效果。     

图像体绘制算法的分析与评价

体绘制技术作为可视化技术的一个重要分支,已经得到了迅速发展。本文不仅描述了光线投射法、溅射法、错切-变形法,而且还阐述了频域体绘制法、基于小波的体绘制法,在描绘了以上算法的基本知识的基础上,对它们进行了分析与评价,提出充分利用光线投射算法的各种相关性对图像进行采样及绘制,将有利于体绘制技术的进一步发展和推广应用。     

一种渐进式平滑轨迹线标绘方法

为实现GIS系统和分布式仿真中运动轨迹线的绘制,提出一种基于Catmull曲线算法的渐进式标绘方法。本方法可根据定位点获得具有连续平滑性质的轨迹线,并随定位点的增加实现轨迹线延伸,延伸的轨迹线可与原轨迹线保持连续平滑性;通过曲线离散化参数调整轨迹线的平滑度;通过依赖于轨迹线的线性插值获取任意时刻的位置信息。实验结果表明,轨迹线标绘方法可以实现基于定位点的渐进式平滑标绘,添加一个定位点的计算时间可在0.1ms内完成。     

无合成并行绘制算法中的自适应屏幕分割策略

多GPU无合成绘制算法采用混合sort-first与sort-last的并行绘制模式,将绘制任务划分为多个子任务集合进行并行绘制并异步合成显示。原方法中对屏幕的分割方式过于平凡,未明确提出一种高效的屏幕分割策略,从无合成算法本身特性出发,提出一种自适应屏幕划分策略,该算法根据GPU数目及绘制分辨率参数,启发式计算屏幕初始划分方式,再采用统计性能反馈的方式动态选择最佳屏幕划分方式,较原有方法更易于实现子屏幕任务的负载平衡,实验表明,算法在带来很少额外计算开销的同时,能够有效平衡并行绘制任务负载,进一步发挥多GPU无合成并行绘制系统的绘制效率。     

一种大规模草地的建模与实时绘制技术

大规模草地的建模与实时绘制技术是三维场景可视化的重要组成部分，通过利用草丛模型构建草地，提出基于四叉树的草地模型表示方法，该模型表示方法能大幅度的降低草地模型的复杂度和数据量；同时，基于此模型，在实时绘制时以草丛为单位，利用两草丛间的距离在屏幕上的投影对草地模型进行动态简化，从而大幅度的减少所需绘制的多边形数量，提高草地的实时绘制速度。     

基于虚拟现实的水电工程施工动态可视化仿真研究

针对水利水电工程施工动态仿真的复杂性，基于虚拟现实技术，采用高效的图形渲染引擎，进行物理系统的模拟，展现出具有真实感的可实时交互的虚拟场景，并将系统仿真信息与图形紧密结合起来，为水利水电工程的设计、管理提供一种全新的环境，为决策者提供更科学、直观的依据。