混合场景绘制的光照一致性研究

光照计算是真实感图形绘制的重要的研究问题之一,调整光照效果是增强真实感效果最关键的一步,特别是在基于几何与图像混合绘制的系统中,调整图像的光照适应当前虚拟环境的光照是一个复杂的过程.利用三维模型在GPU中的绘制流程,在混合场景绘制系统中,提出了一种简单的光照一致性方法,生成虚拟场景绘制系统中动态光照下的图像模型,图像的光照随着虚拟光照环境的改变,与几何模型的光照具有一致性.     

书 讯

《计算机真实感图形的算法基础》一书于1999年6月出版。该书获中国科学院科学出版基金和国家自然科学基金委员会资助出版。本书是国内第一本系统介绍计算机真实感图形基础理论与算法的专著。全书共分九章,包括图形学基础、光照模型原理、简单画面绘制算法、光线跟踪、纹理映射、阴影生成、光能辐射度方法、实时图形绘制技术、自然景物仿真、颜色等。本书除系统叙述计算机真实感图形生成的基本概念、基本算法外,还注重介绍国内外的有关最新研究成果。本书可作为高等学校计算机、应用数学、电子工程、机械工程、航空、造船等专业高年级学生或…     

数字地球上的海面建模与绘制技术研究

采用基于Perlin噪声的海浪模型,将投影平面分割算法应用于球面海浪绘制,得到视点相关的球面高度场网格生成算法,生成海面网格,对海面光照效果进行了较好模拟,在数字地球上实现了海面的建模与绘制,具有较好的绘制效果和较高的绘制效率.     

一种基于per-pixel光照的高质量体绘制算法

分析讨论了一种基于per-pixel光照的高质量纹理映射体绘制算法。可以精确地对任意的动态点光源进行光照计算,这主要归功于在光照计算中采用了归一化的梯度,以及在每个像素上计算光照强度。同时,还提出了一种新技术通过对梯度的实时计算来有效的减少在传统基于纹理映射的体绘制中巨大的内存消耗,使得大规模体数据的实时绘制成为可能。充分利用了目前PC图形硬件成熟的可编程特性,特别是fragmentprogram,可以快速的载入体数据,得到可交互的绘制。最后对医学体数据进行绘制,得到了较为理想的结果。     

基于几何映射的遥感成像光照仿真方法

光照条件是影响可见光遥感成像结果的重要因素,是成像仿真领域的一项重要研究内容。提出一种基于几何映射的遥感成像光照仿真方法,以单幅遥感图像样本和三维模型为输入,获取不同光照条件仿真图像。对输入的样本图像进行几何定标,并通过逆向渲染提取场景的可见光反射特性数据;利用场景几何模型,通过几何映射方法获取样本图像各像素点的几何信息;根据设定的光照条件在图像空间进行成像仿真计算,获取不同光照条件的仿真结果。实验表明,该方法能够实现较为真实的光照仿真。     

质点-弹簧模型驱动的体数据模型快速变形模拟

探讨三维体数据模型的快速真实感变形模拟和绘制方法。该方法用离散的质点-弹簧模型具有物理真实感地模拟变形过程；利用FFD从离散质点的运动信息插值求得体数据空间任意点的变形；而将重采样和绘制过程融为一体的光线虚拟弯曲技术和光线提前终止技术则避免了将大量无用计算，使变形和绘制速度明显提高；根据局部变形的连续线性特性提出了光照修正算法，算法实现简单，算出的光照浓淡变化具有高的真实感。     

一种人脸图象线性变换模型及其识别应用

在不同光照条件下同一个人脸的成像会有较大差异，这种差异的存在给人脸自动识别带来较大的限制。文中基于合理的假设，提出一种人脸图象的逐点变换模型。该模型简单易行，且能有效减少同一人脸在不同光照条件下的成像差异。在YaleB人脸图象库与AR人脸库上的对比实验表明了该模型的有效性与可行性。     

一种可扩展的图形绘制引擎的体系结构

基于对目前图形绘制引擎的特点的分析,针对目前图形绘制引擎应用中的突出问题,给出一种新的绘制引擎体系结构SREA,并在此基础上讨论了基于场景图的扩展机制、基于回调的扩展机制、Shader渲染框架以及基于IO管理器的模型读取组件扩展机制这四类扩展机制。通过这些机制,应用开发者可以快速方便的对于图形绘制引擎的绘制对象描述能力和绘制能力进行扩展,引入现有模型读取组件对于不同格式的模型进行读取,提高开发效率。     

一种光照不均匀图像的自适应校正算法

为了提高光照不均匀条件下采集的图像的视觉效果,提出了一种基于改进二维伽马函数自适应亮度校正算法。首先基于光照反射成像模型,利用快速引导滤波算法提取出光照信息;然后构造了一种改进的二维伽马函数,并利用光照的分布特性动态地调整二维伽马函数的参数,实现对图像亮度的自适应校正处理,提高光照过暗区域图像的亮度值,降低光照过强区域图像的亮度值,得到增强后的图像。对多种场景图像的处理结果表明,本文算法可以有效地降低不均匀光照的影响,提高图像的质量。     

提花织物外观的计算机模拟生成

近年来,纺织CAD／CAM技术在国内外发展十分迅速。作为纺织工业CAD技术的具体应用,提花织物外观的计算机模拟生成是织物设计检验是一种重要手段。通过对织物织造时的纱线属性、排列以及组织模式的分析,本文着重探讨如何结合图形学的光照模型技术来实现提花织物真实感外观的模拟生成,并提出了该技术路线的具体实现方法。文章的最后部分给出了模拟生成的部分效果图样,并对当前方法中存在的问题和可改进之外进行了总结和展望。     

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。     

基于曲线光线追踪的非真实感绘制算法

非真实感绘制技术是计算机图形学中一个崭新而富有活力的分支，它的出现弥被 了传统真实感绘制技术在建筑、机械等实际应用方面以及艺术方面的缺陷，而光线追踪传统真实感图象保成的经典方法，能够精确模拟出景物的光照效果。本文探索性地把光线追踪与非真实感绘制结合起来，提出出基于曲线光线追踪实现真实感图象的生成，它的提出丰富 了非真实感绘制的方法和手段。     

基于流体动力学的实时角色动画运动特效

在快速的角色动画中,运动模糊技术经常用于产生梦幻般的人物运动效果,从而渲染设计者想要表达的气氛。长期以来,人们常用硬件或软件方法,仅通过简单的图像融合手段实现运动模糊。为了提供高标准的运动特效,基于全局光照的几何方法变得日渐亟需。但是,这样的计算开销对于实时渲染来说往往难以承受。在此,笔者提出了一种新的用于实时运动特效的几何技术。该方法还能结合流体动力学技术,构建一些沿着运动轨迹体而生成的特殊效果。为了避免每帧重复计算,以及为了突破轨迹生成的数据量限制,首先分解运动轨迹,然后引入多步几何渲染技术,实现几何模型的实例化,从而达到重复利用几何资源的目的。在渲染流程中,为了使该方法可以灵活地运用于各种流体效果之中,轨迹追踪的步骤和流体解析的过程是设计成独立的。由于该算法是建立在GPU几何着色的并行环境下,当达到影片质量级别的渲染效果时,它依然能够保证极高的计算效率,最终实现包括运动模糊等特效在内的场景实时渲染。     

基于去噪光子图的光子映射

光子映射是产生高质量的照片级图像的有效方法。基于内存中有限的M个光子,提出基于去噪光子图的光子映射,即通过光子能量传递,得到若干个包含M个去噪光子的光子图保存到外存中;在光照估计阶段,将外存中这些去噪光子图依次读入内存,进行光照估计而得到相应的图像,最终的图像为上述图像的平均。这大大减少了光照估计的噪声,通过设置较小的光照估计的最近光子数目,可以得到噪声和偏差都很小的图像,并且视点切换时无需重新进行光子跟踪,即绘制时间非常少。实验表明只需较少的去噪光子图,就能得到很好的光照估计的效果。     

一种基于OpenHaptic的软组织有限元形变模型

OpenHaptic是基于PhanToM设备的力反馈模拟编程环境,与原来常用的GHOST SDK编程环境相比有着不可替代的优势;因此,在OpenHaptic环境下进行力反馈相关研究具有十分重要的意义。充分探究了采用OpenHaptic进行空间力反馈模拟的实现方法,在分析现有软组织形变模拟方法的基础上,根据软组织形变模拟对真实感与实时性的要求,建立了一种基于有限元计算模型的形变处理方法。实验结果表明软组织有限元形变模型在OpenHaptic环境下完全满足软组织形变模拟的真实感与实时性要求。较早地探究基于OpenHaptic环境的虚拟手术相关实现技术并做出相应的研究成果对于基于OpenHaptic环境的虚拟手术相关研究具有重要的参考价值。     

树叶真实感实时绘制方法的研究与实现

现实世界中的物体或多或少会有半透明现象,树叶就具有很明显的半透明特性,并且树木的真实感很大程度上决定于树叶的逼真程度,因此对于树叶半透明效果绘制的研究是很有必要的。然而,树木上的叶片数量很大,对其进行具有叶片半透明效果的高度真实感绘制计算复杂度高,很难达到实时。实现了一种基于半透明纹理的叶片半透明效果的绘制方法,通过预计算,并结合基于GPU编程技术,大幅度提高了绘制速度,实现了对具有半透明叶片的树木的真实感实时绘制。此外,通过阴影的绘制进一步提高了真实感效果。

Abstract：

In the real world, objects are translucent more or less. For instance, the tree leaves have translucent properties. Moreover, the visual reality of trees largely depends on the leaves, so it’s significant to study the rendering of the leaves’ translucent effect. However, most trees have large number of leaves, which makes it extremely difficult to realize the real-time rendering of the tree with translucent leaves since its high time complexity. Semi-translucent effect of leaf was realized based on semi-translucent texture. In addition, using pre-computing combined with the programming technology of GPU, the rendering process was greatly speeded up. Finally, realistic real-time rendering of the trees with translucent leaves was realized. Moreover, shadows were rendered which further improved the visual effects.     

基于红外物理与传热学的目标红外成像模型

现有计算机图形学的光照模型,都是对可见光的光照效果的描述,由于它们没能反映物体的红外特性,因而不能为目标的红外仿真提供显示模型。本文从红外物理及传热学的基本理论出发,提出目标的红外成像仿真模型。该模型成功地模拟了由内热源引起的目标的红外特征。从实验结果看,模型的红外仿真效果较理想。     

像素建模——一种实体建模方法

提出了一种新的建模思想和方法,采用几何信息和直接用像素绘制外观相结合的方法去描述一个物体。这种方法初步把基于图像方法的真实感和几何方法的空间感结合起来,产生了一种物体建模方法的新思路。本文只是提出并进行初步探讨,其中的很多理论问题和关键技术还有待深入研究。