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.     

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.     

一种改进的光源空间透视阴影图算法及其实现

阴影对于虚拟环境真实感也有着重要的影响.阴影图算法具有良好的灵活性和性能优势,非常适合在实时虚拟环境生成中应用.基于光源空间透视阴影图算法给出了一种更精确的潜在遮挡物凸包体的计算方法,提出了一个更优化的光源空间透视变换参数计算方法,并对原算法中没有涉及的投射走样问题进行了讨论.最后给出了一种可以较好的模拟出软阴影效果的方法.     

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。     

保持自然特征的烟雾快速生成系统

提出了一个保持自然特征的实时真实感烟雾模拟系统。系统根据用户定义的烟源位置,首先产生一个采用欧拉法表示的三维烟雾密度场;通过将烟雾密度场先直接投射再扩散能量,生成一张描述烟雾阴影浓度信息分布的纹理图,运用基于硬件的绘制技术来进行快速真实感的成像。该系统不仅能获得实时的烟雾模拟效果,而且通过生成烟雾阴影来保持其自然特征。实验证明,在复杂场景中,该系统能够以较快的速度模拟具有自然真实感的烟雾效果。     

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。     

一种基于亮度和深度信息的实时景深渲染算法

在研究透镜成像模型与针孔成像模型的基础上,提出了一种基于亮度和深度信息的实时景深渲染算法,首次把景深渲染应用到增强现实系统。使用OpenGL和Visual Studio2008实现整个算法。通过建立三维空间坐标系,实时追踪和获取真实场景深度信息,把生成虚拟物体融入到真实场景中。随后,依据亮度信息对虚实融合场景进行模糊处理。最后进行图像融合,把模拟的景深效果输出到屏幕。实验结果表明,新算法更接近于真实摄像机拍摄的景深效果图,适用于增强现实系统。     

基于投影仪-相机系统的多投影颜色校正技术

为了消除多投影大屏幕显示系统的颜色差异对虚拟现实系统仿真环境沉浸感和真实感的影响,提出了一种基于投影仪-相机系统的颜色校正优化方法,综合考虑校正系统中相机和投影仪的非线性影响.针对以往算法中忽略相机影响的问题,提出基于Pedro图像分割的高动态范围图像合成优化算法,引入新的权重函数,建立相机输入输出像素映射关系;结合相机的非线性响应关系,利用YUV与RGB色彩空间的转换模型结合函数逼近的方法对投影仪亮度和色度同时校正,生成投影仪颜色查找表,并利用着色语言实现颜色校正的GPU渲染.最后以三通道环形多投影屏幕为实验平台验证本算法的有效性.     

星载干涉SAR阴影及叠掩区域相位重构方法

针对星载干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)定位过程中的问题,分析了星载InSAR阴影区域干涉相位图的相位特点,结论为在距离向上阴影区域两个临界端点处的相位差很小。在该结论的基础上给出了阴影区域的相位重构方法,该方法有效解决了阴影区域相位在解缠时不能传递正确的缠绕周期。建立了InSAR叠掩区域相位模型,推导了叠掩区域的相位特性,并针对该特性给出了叠掩区域的相位重构方法。仿真结果表明了阴影和叠掩区域相位重构方法的有效性和实用性。     

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.