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。     

实时力觉交互中的虚拟力计算及渲染方法

虚拟力计算和渲染是虚拟现实力觉显示系统的核心技术。针对人与虚拟环境通过工具进行接触交互的任务,讨论了提高力觉显示逼真度的方法。静态物体采用三角片模型,运动的虚拟工具采用质点模型。用均匀划分包围盒方法和基于三角片元素拓扑关系及最短距离迭代的方法,分别解决虚拟力计算的碰撞检测和碰撞响应问题。针对物体几何特征逼真度显示给出了渲染判据,实现了逼真度和稳定性的矛盾折衷。基于力觉交互设备Phantom,开发了力觉仿真系统平台,通过感知具有典型几何特征的物体形状,验证了虚拟力计算和渲染方法的有效性。     

基于质点-弹簧系统的短毛实时动态模拟

把质点-弹簧系统应用到基于shell层的短毛绘制方法中,提出了一种新的计算shell层偏移量的方法,以实现毛发动画并真实地模拟了毛发的自然弯曲效果。该方法设计了一种最简单的质点和弹簧的布局方式,即分别在最内和最外shell层的顶点上附着质点并以一根弹簧进行连接,并且只考虑质点-弹簧系统中的位移力。当外力作用于质点时,首先计算出最外shell层的偏移量,然后通过顶点绘制器由里到外分别计算各shell层的偏移量,以新的位置绘制各shell层,从而实现了短毛动画效果。由于利用了GPU的加速功能,达到了实时的要求。     

集群绘制系统中的自主计算

为了提高集群绘制系统的错误处理能力,该文实现了在集群绘制系统实现自配置、自恢复、自优化和自保护的方法。该方法特别针对集群绘制系统自恢复的功能,根据集群绘制系统的特点,提出了检查点和回卷恢复机制方法。集群绘制系统TH-CRS(ts inghua cluster rendering system)实现了自主计算的各种属性,能够根据资源和环境的变化作出自我调整。实验结果表明,使用该文提出的方法,集群绘制系统能够具有较好的错误处理能力,同时绘制速度可达到普通并行绘制系统的90%。     

串音消除系统中的自适应级联逆滤波器设计

为了简化声音重发系统中的串音消除模块结构,提出了级联形式的逆滤波器设计方案.通过分析不同通道扬声器传递函数的时频响应,提取出共用的逆滤波器用于均衡扬声器传递函数的共同部分,同时推导了级联结构的参数自适应调节算法.通过减少重复求逆计算,提高各通道逆滤波器的效率.在相同参数量情况下,级联结构的平均信道分离度比直接结构最多可以下降6dB,串音消除性能更优.计算机仿真与实际环境测试结果都表明该方案有效减少了参数,简化了滤波器结构,取得比较满意的效果.     

使用GPU编程的工业CT断层图像三维可视化技术

在具有可编程管线的图形处理器（GPU）上重新实现了传统的光线投射算法,将耗时的三线性插值和采样过程放在GPU上进行,以提高绘制速度.首先将体数据映射为三维纹理并将其载入到显存,接着通过对顶点着色程序和像素着色程序的编写将光线进入点、离开点的计算以及图像的合成运算移入GPU中,最后根据不同的采样点颜色混合公式实现不同的绘制效果.本算法通过只绘制一个代理面,避免了使用固定管线的混合操作,从而可通过自定义的混合算法来实现各种复杂的绘制效果.结论：与传统的光线投射算法相比,文中算法可快速重建出质量较高的图像,使实时绘制工业CT断层图像成为了可能.     

面向实时虚拟游戏的GPU真实感草地绘制

在满足虚拟游戏实时性要求的前提下,绘制具有一定视觉真实感的草地,以增强游戏场景的真实感.将草地抽象成一块均匀、连续的透明体,提出一种简化层状算法,利用图形处理器(GPU)支持功能,计算穿过草丛的光的能量衰减,高效地模拟草的自阴影效果,并通过加入Perlin噪声进一步增加草地阴影杂乱交错的效果.结果表明,该方法能以极小的性能代价绘制草地阴影,实现具有一定真实感的大面积草地的实时绘制.     

基于八叉树的体绘制早期射线终止算法

早期射线终止是实时体绘制重要的加速算法之一。针对现有的算法中体数据逼近困难,需要大量的预运算时间等缺点,提出一种改进算法,基于八叉树的体数据表达,按视线方向从前向后的次序遍历八叉树,获得射线终止信息,再以深度缓冲剔取实现早期射线终止。算法对体数据逼近精确,无需预运算,加速绘制效果明显,且无损最终图像质量。     

粒子系统在计算机游戏中的应用与方法研究

粒子系统是模拟自然景物中运动模糊物体非常有效的一种图形生成方法。本文通过对粒子系统的生成及描述过程的研究,设计并实现了一个应用于计算机游戏领域中的粒子系统,并给出了游戏火焰粒子特效实例。     

基于模块化设计的三维医学图像体绘制方法

为了提高三维图像的视觉效果和重建效率,提出一种基于模块化设计的三维医学图像体绘制方法．该方法将图像分割模块与体绘制有机地结合起来,并基于混合型链结区域增长与聚类分析的分割方式,来解决在实际应用中旋转观察时存在的障碍物体干扰问题．同时,基于Raycasting算法,对重构核进行改进设计：用包围盒选择与动态调整采样步长的重采样方法来提高重建效率;通过旋转光源和视角,对感兴趣的区域进行采样重建．实验证明该方法不仅效率高,而且显示效果好．