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GPGPU性能模型及应用实例分析

计算机辅助设计与图形学学报 2009年第9期21卷 1219-1226页

作者：韩博周秉锋北京大学计算机科学与技术研究所北京100871

现代图形处理器(GPU)的高性能吸引了大量非图形应用,为了有效地进行性能预测和优化,提出一种GPU处理通用计算问题的性能模型.通过分析现代GPU并行架构和工作原理,将GPU的通用计算过程划分为数据获取、计算、输出和传输4个并列的阶段,结... 详细信息

现代图形处理器(GPU)的高性能吸引了大量非图形应用,为了有效地进行性能预测和优化,提出一种GPU处理通用计算问题的性能模型.通过分析现代GPU并行架构和工作原理,将GPU的通用计算过程划分为数据获取、计算、输出和传输4个并列的阶段,结合程序特点和硬件规格对各阶段进行量化分析,完成性能预测.通过实验分析得出两大性能影响要素:计算强度和访问密度,并将其作为性能优化的基本准则.该模型被用于分析几种常见的图像和视频处理算法在GPU上的实现,包括高斯卷积、离散余弦变换和运动估计.实验结果表明,通过增大计算强度和访问密度,文中优化方案显著地降低了GPU上的执行时间,使得计算效率提升了4～10倍,充分说明了该模型在性能预测和优化方面的有效性.

关键词： GPU GPGPU 图像处理性能模型 DCT 卷积运动估计

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三维模型表面特征的水墨效果渲染算法

计算机辅助设计与图形学学报 2007年第12期19卷 1599-1603页

作者：景昊周秉锋北京大学计算机科学技术研究所北京100871

提出一种对三维模型实现水墨效果渲染的两步二维纹理映射方法.该方法首先通过模型顶点的视线向量和法线向量的点乘积计算其夹角的余弦值,作为第一步的纹理坐标进行映射;再通过欧拉公式计算径向曲率及其方向导数值,作为第二步映射的纹理... 详细信息

提出一种对三维模型实现水墨效果渲染的两步二维纹理映射方法.该方法首先通过模型顶点的视线向量和法线向量的点乘积计算其夹角的余弦值,作为第一步的纹理坐标进行映射;再通过欧拉公式计算径向曲率及其方向导数值,作为第二步映射的纹理坐标.为达到实时的交互浏览,在第二步映射时还可采用基于视点无关的曲率特征的映射策略(如平均曲率、高斯曲率、主曲率等).在快速生成水墨画效果的同时也显示出更多的特征细节.

关键词：非真实感绘制三维模型特征径向曲率水墨效果

一个稳健的用于HDR图像的相机响应函数标定算法

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计算机学报 2006年第4期29卷 658-663页

作者：章卫祥周秉锋北京大学计算机科学技术研究所北京100871

在Mitsunaga和Nayar给出的多项式模型的基础上,增加了图像亮度为0映射到场景亮度也为0的限制条件,并改进了迭代结束条件,所得到的新的标定算法可以使用多张不同曝光度的图像来标定相机响应函数,不同曝光度可以通过改变相机的光圈大小和... 详细信息

在Mitsunaga和Nayar给出的多项式模型的基础上,增加了图像亮度为0映射到场景亮度也为0的限制条件,并改进了迭代结束条件,所得到的新的标定算法可以使用多张不同曝光度的图像来标定相机响应函数,不同曝光度可以通过改变相机的光圈大小和曝光时间长短来得到.文中所述算法可以自动估计并最后求得精确的曝光度比,省略了原有算法需要输入曝光度比估计值的步骤.算法得到了相机响应函数后,可用多张不同曝光度的图像合成高动态范围的图像.和原有算法相比,此算法的稳健性得到了很大提高,实验表明它对所选的所有输入图像都能收敛,并且得到最优解.

关键词：相机响应函数曝光度 HDR(高动态范围)

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基于颜色和纹理信息的快速前景提取方法

计算机学报 2009年第11期32卷 2252-2259页

作者：穆亚东周秉锋北京大学计算机科学技术研究所北京100871

近年来,研究者们提出了许多算法来处理前景提取和图像抽取问题.然而,这些算法存在许多共同缺点:需要三元图作为输入、计算时间过长、大部分算法仅仅使用颜色信息等等.在这篇文章里,作者提出了一种新的快速多层次前景提取方法.首先,应用... 详细信息

近年来,研究者们提出了许多算法来处理前景提取和图像抽取问题.然而,这些算法存在许多共同缺点:需要三元图作为输入、计算时间过长、大部分算法仅仅使用颜色信息等等.在这篇文章里,作者提出了一种新的快速多层次前景提取方法.首先,应用一种改进的多层次图分割算法,将输入图像粗略地分割为前景和背景两个部分.然后,使用信念传播算法(belief propagation)估计前景/背景交界处像素的不透明度.不同于通常的信念传播算法,在平滑项和颜色项之外,作者通过构造灰度共生矩阵引入了纹理信息.鉴于数码相机图像的分辨率仍在持续快速增长,作者提出的多层次图分割算法可以在加速上述计算过程的同时,获得可以和当前许多算法相媲美的局部最优解.实验结果证明文中所提出的算法对于大尺寸图像尤其有效.

关键词：分层图分割信念传播共生矩阵马尔可夫随机场

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闭合三角网格的优化切割与保角映射

计算机辅助设计与图形学学报 2008年第1期20卷 13-18页

作者：付妍宋本聪周秉锋北京大学计算机科学技术研究所北京100871

提出一种自动地将任意闭合三角网格切开并保角映射到二维平面域的算法.通过对自动提取的模型初始切割线逐步优化得到模型切割线,优化过程由一个与保角映射扭曲度和合法性相关的成本函数控制.为了减小映射扭曲,算法中不预先固定参数域边... 详细信息

提出一种自动地将任意闭合三角网格切开并保角映射到二维平面域的算法.通过对自动提取的模型初始切割线逐步优化得到模型切割线,优化过程由一个与保角映射扭曲度和合法性相关的成本函数控制.为了减小映射扭曲,算法中不预先固定参数域边界,而在参数化过程中自动地确定网格的自然边界.实验结果表明,该算法通过优化切割线和参数域边界有效地降低了三角形形状扭曲,并保证了参数化结果的合法性.

关键词：网格切割网格参数化自然边界

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BOOL——一个基于微机的实体造型系统

计算机工程与设计 1989年第4期10卷 22-26页

作者：周秉锋航空航天部七○六所

BOOL系统是一个在IBM-PC/AT微型计算机上实现的实体造型软件。它采用边界表示法(B-Reps)作为实体模型的内部表示,实体模型的构造用构造性实体几何(CSG-Constrtive Solid Geometry)法和扫动(Sweeping)法来完成。实体模型的布尔运算算法... 详细信息

BOOL系统是一个在IBM-PC/AT微型计算机上实现的实体造型软件。它采用边界表示法(B-Reps)作为实体模型的内部表示,实体模型的构造用构造性实体几何(CSG-Constrtive Solid Geometry)法和扫动(Sweeping)法来完成。实体模型的布尔运算算法采用了专门设计的局部化技术,降低了系统的运算开销。

关键词：实体造型 CAD/CAM 计算机 BOOL

基于圆形参数域和重要性采样的三维模型网格重建

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计算机学报 2007年第12期30卷 2124-2131页

作者：付妍朱晓明周秉锋北京大学计算机科学技术研究所北京100871

给出了一个基于参数化和重要性采样的网格重建算法.算法搜索一条切线将三维模型表面切分成一片碟形表面,并将其参数化到二维单位圆中.根据模型的曲率信息和参数化的扭曲度生成一张控制图.利用蓝噪声采样算法对用控制图调制后的采样密度... 详细信息

给出了一个基于参数化和重要性采样的网格重建算法.算法搜索一条切线将三维模型表面切分成一片碟形表面,并将其参数化到二维单位圆中.根据模型的曲率信息和参数化的扭曲度生成一张控制图.利用蓝噪声采样算法对用控制图调制后的采样密度采样得到离散采样点.通过对采样点进行平面三角化并将其映射回三维空间实现了三维网格重建.实验证明,该方法有效地改善了参数化的扭曲度,并能得到具有自适应性的高度规则网格.

关键词：网格重建重要性采样网格参数化

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JVT草案中的核心技术综述

软件学报 2004年第1期15卷 58-68页

作者：郑翔叶志远周秉锋北京大学计算机科学技术研究所

作为一种由ITU-T国际视频组织和ISO的MPEG小组联合推出的未来视频处理标准,JVT(joint video team)的主要功能是改进当前压缩标准,通过采用切图技术、高分辨率的亚像素技术以及不同尺寸的块和形状与使用多个参考图进行Intra/Inter预测编... 详细信息

作为一种由ITU-T国际视频组织和ISO的MPEG小组联合推出的未来视频处理标准,JVT(joint video team)的主要功能是改进当前压缩标准,通过采用切图技术、高分辨率的亚像素技术以及不同尺寸的块和形状与使用多个参考图进行Intra/Inter预测编码等技术来降低码率,提高压缩质量和压缩效率.同时在网络层通过对信息的封装与优先级控制等技术来实现数据在不同网络之间的透明传输与网络友好.重点介绍了JVT草案中的核心技术,包括JVT体系结构、层次模型以及与VCL(video coding layer)和NAL(network abstraction layer)两层相关具有代表性的关键技术,分析和探讨了当前JVT存在的问题和进一步的研究方向.

关键词： JCL草案视频编码层网络抽象层编解码器比特率网络友好

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基于像素聚类的空间变化表面材质建模

图学学报 2021年第1期42卷 94-100页

作者：冯洁李博周秉锋北京大学王选计算机研究所北京100871 大数据分析与应用技术国家工程实验室北京100871

针对空间变化表面材质的反射属性提出了一种基于图像的轻量化建模方法。仅需利用消费级手机,在环境光和点光源下分别对平面材质样本拍摄一幅图像,即可计算重建其表面的双向反射分布函数(svBRDFs)参数图、法向量图、切向量图等材质属性... 详细信息

针对空间变化表面材质的反射属性提出了一种基于图像的轻量化建模方法。仅需利用消费级手机,在环境光和点光源下分别对平面材质样本拍摄一幅图像,即可计算重建其表面的双向反射分布函数(svBRDFs)参数图、法向量图、切向量图等材质属性。其中对BRDF参数的拟合采用了一种基于像素聚类的策略,即假定具有相似外观和结构特征的像素属于同种材质、共用一组参数,从而大幅降低参数拟合的难度。在此基础上,通过一种新的迭代多步优化方案对全局和空间变化的参数进行拟合,产生高分辨率的BRDF参数纹理图。该方法不依赖特殊设备,也无需采集海量数据,就能够为包括金属材质、各向异性材质等在内的多种类表面材质产生高质量的BRDF参数图,以及高真实感的基于物理的绘制结果,因此更易于实现和应用。

关键词：表面材质建模空间变化材质基于图像的绘制双向反射分布函数像素聚类