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一种基于物理的雨打树枝动态仿真方法

软件学报 2011年第8期22卷 1934-1947页

作者：杨猛吴恩华中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京100190 澳门大学科学技术学院电脑与资讯科学系中国澳门中国科学院研究生院北京100049

提出了一种应用物理学原理的树枝和雨滴交互作用的真实感动态仿真技术.树枝和叶柄被描述为一种方便由4种弹簧控制的三棱柱弹簧模型(extended three-prism spring model,简称ETPSM).树枝、树叶的运动源于树枝系统与雨滴相互之间能量的双... 详细信息

提出了一种应用物理学原理的树枝和雨滴交互作用的真实感动态仿真技术.树枝和叶柄被描述为一种方便由4种弹簧控制的三棱柱弹簧模型(extended three-prism spring model,简称ETPSM).树枝、树叶的运动源于树枝系统与雨滴相互之间能量的双向转换.二者之间的交互作用可以通过一种高效的技术很好地模拟.该技术被专门设计用来模拟液体在具有亲水性的非刚体表面上运动.当雨滴撞击树枝后,树枝会发生震动与转动;雨滴会沿着树叶表面流动,合并成一个更大的雨滴或者悬挂在叶片边缘;当雨滴从树叶边缘落下后,树枝会弹起并恢复到原来的位置.实验结果表明,该技术能够高效、真实地仿真雨滴撞击树枝系统后的相互作用效果,同时可以简单而有效地模拟杆状物体在外力作用下的弹性形变,诸如旋转、震动等.

关键词：基于物理变形树枝动态雨滴动态扩展三棱柱弹簧模型

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虚平面映射：深度图像内部视点的绘制技术

软件学报 2008年第7期19卷 1806-1816页

作者：盛斌吴恩华澳门大学科技学院计算机与信息科学系中国澳门中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京100190

首先推导与归纳了图像三维变换中像素深度场的变换规律,同时提出了基于深度场和极线原则的像素可见性别方法,根据上述理论和方法,提出一种基于深度图像的建模与绘制(image-based modeling and rendering,简称IBMR)技术,称为虚平面映射.... 详细信息

首先推导与归纳了图像三维变换中像素深度场的变换规律,同时提出了基于深度场和极线原则的像素可见性别方法,根据上述理论和方法,提出一种基于深度图像的建模与绘制(image-based modeling and rendering,简称IBMR)技术,称为虚平面映射.该技术可以基于图像空间内任意视点对场景进行绘制.绘制时,先在场景中根据视线建立若干虚拟平面,将源深度图像中的像素转换到虚平面上,然后通过对虚平面上像素的中间变换,将虚平面转换成平面纹理,再利用虚平面的相互拼接,将视点的成像以平面纹理映射的方式完成.新方法还能在深度图像内侧,基于当前视点快速获得该视点的全景图,从而实现视点的实时漫游.新方法视点运动空间大、存储需求小,且可以发挥图形硬件的纹理映射功能,并能表现物体表面的三维凹凸细节和成像视差效果,克服了此前类似算法的局限和不足.

关键词：基于图像的建模与绘制浮雕纹理映射深度图像虚平面

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基于GPU的球面深度图实时绘制

计算机学报 2009年第2期32卷 231-240页

作者：朱鉴吴恩华澳门大学科技学院电脑与资讯科学系电脑图形及多媒体实验室中国澳门中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京100190

提出了一种GPU加速的实时基于图像的绘制算法.该算法利用极坐标系生成对物体全方位均匀采样的球面深度图像;然后根据推导的两个预变换公式将单幅球面深度图像预变换到物体包围球的一个与视点相关的切平面上,以生成中间图像;再利用纹理... 详细信息

提出了一种GPU加速的实时基于图像的绘制算法.该算法利用极坐标系生成对物体全方位均匀采样的球面深度图像;然后根据推导的两个预变换公式将单幅球面深度图像预变换到物体包围球的一个与视点相关的切平面上,以生成中间图像;再利用纹理映射生成最终目标图像.利用现代图形硬件的可编程性和并行性,将预变换移植到Vertex Shader来加快绘制速度;利用硬件的光栅化功能来完成图像的插值,以得到连续无洞的结果图像.此外,还在Pixel Shader上进行逐像素的光照以及环境映射的计算,生成高质量的光照效果.最终,文章解决了算法的视点受限问题,并设计了一种动态LOD(Level of Details)算法,实现了一个实时漫游系统,保持了物体间正确的遮挡关系.

关键词： GPU(图形处理单元) 球面深度图像基于图像的绘制预变换

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一种基于点光源的三维阴影的实时生成算法

软件学报 2000年第6期11卷 785-790页

作者：刘列明吴恩华中国科学院软件研究所计算机科学开放研究实验室北京100080

阴影的生成在体现虚拟现实环境的真实感程度方面起着重要的作用 ,但现有生成阴影的算法普遍速度较慢 ,不能适应实时绘制的要求 .该文提出了一种基于点光源的实时生成三维阴影的算法 .该算法的基本思想是基于在一个复杂的虚拟环境中 ,某... 详细信息

阴影的生成在体现虚拟现实环境的真实感程度方面起着重要的作用 ,但现有生成阴影的算法普遍速度较慢 ,不能适应实时绘制的要求 .该文提出了一种基于点光源的实时生成三维阴影的算法 .该算法的基本思想是基于在一个复杂的虚拟环境中 ,某一时段内只有少数多边形相对于光源发生形状的改变 ,从而导致相应阴影计算的改变 ,而大多数多边形相对于光源是静态的 .这样就有可能针对静态物体与动态物体分别作不同的处理 ,使尽可能少的多边形参与阴影计算 .方法是 ,先用 Tiling方法对静态场景进行预处理 ,确定相关阴影多边形集合 ,然后用 SVBSP(shadow volame BSP)树算法计算阴影 .文中所有算法均用 C++实现 ,运行于 IntelPentium 4 0 0微机平台 ,取得了较好的实验结果 .

关键词： BSP树 SVBSP树 tiling 阴影生成虚拟现实真实感图形

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毛发的结构造型方法

软件学报 1999年第9期10卷 897-903页

作者：张晓鹏吴恩华中国科学院软件研究所计算机科学开放研究实验室北京100080

人物的绘制是当今计算机图形学中的一项重要任务，特别吸引人的是头发的生成技术．头发生成技术的难点在于其精细的形状和庞大的数量．文章针对头发提出了弯曲纹元和三维纹理体的概念，并给出了它们的数学表达式以及对不同发型的描述方... 详细信息

人物的绘制是当今计算机图形学中的一项重要任务，特别吸引人的是头发的生成技术．头发生成技术的难点在于其精细的形状和庞大的数量．文章针对头发提出了弯曲纹元和三维纹理体的概念，并给出了它们的数学表达式以及对不同发型的描述方法．弯曲纹元和三维纹理体是一般三维纹理的结构．带三维纹理的景物是由弯曲纹元和三维纹理体构成的，三维纹理体可再分成多个弯曲纹元，因而指明了三维纹理空间的结构，并解决了三维纹理曲面的造型问题．

关键词：三维纹理毛发结构造型计算机图形学

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基于图象空间判据的地表模型加速绘制技术

软件学报 1998年第7期9卷 481-486页

作者：刘学慧吴恩华中国科学院软件研究所计算机科学实验室

在利用图形绘制实现虚拟现实的研究工作中，为了加速图形生成以保证实时的图形绘制，物体层次细节模型ＬｏＤ（ｌｅｖｅｌｏｆｄｅｔａｉｌ）的选择是其最主要的解决办法．其主要原理是根据物体对于观察者的重要性选择该物体绘制的细节... 详细信息

在利用图形绘制实现虚拟现实的研究工作中，为了加速图形生成以保证实时的图形绘制，物体层次细节模型ＬｏＤ（ｌｅｖｅｌｏｆｄｅｔａｉｌ）的选择是其最主要的解决办法．其主要原理是根据物体对于观察者的重要性选择该物体绘制的细节．地表模型作为多边形网格模型的一种特殊几何模型，在各种虚拟现实系统中有着重要而广泛的应用．该文通过对地表模型实时生成特殊性要求的分析，提出具有焦点加权因子的基于图象空间误差的、适用于地表模型特殊性的、有效的加速简化方法．以焦点和显示面积的有效结合作为物体重要性评价尺度，有效地简化了地表模型的绘制．同时，算法结合均匀网格模型的多分辨率细节层次模型，以“块”作为地表模型大面积简化的空间单位，加速地表模型的简化操作，以实现较为复杂的地表模型的实时绘制．

关键词：虚拟现实地表模型层次细节实时绘制

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基于图像类推的超分辨技术

软件学报 2008年第4期19卷 851-860页

作者：古元亭吴恩华中国科学院软件研究所计算机科学重点实验室北京100080 澳门大学科学技术学院电脑与资讯科学系中国澳门

目前的图像超分辨技术都依赖于从适当的外部数据集合中提取信息以对图像进行增强,然而这个条件在很多实际应用中难以得到满足.通过对理想边缘模型与纹理内容的分析,发现图像在尺度空间上具有局部结构的自相似性及可传递性.基于这个特点... 详细信息

目前的图像超分辨技术都依赖于从适当的外部数据集合中提取信息以对图像进行增强,然而这个条件在很多实际应用中难以得到满足.通过对理想边缘模型与纹理内容的分析,发现图像在尺度空间上具有局部结构的自相似性及可传递性.基于这个特点,应用图像类推技术(image analogies,简称IA),可以将图像的局部特性在不同尺度上进行传递,从而为低分辨图像补充结构信息.在实现上。利用原图像和退化图像建立训练集合,用能量图构建学习网络,将图像类推问题转化为求解最小图能量问题.实验结果表明,这种自我类推方法不仅可以有效地提高放大图像的清晰程度,而且较一般的IA算法速度大为加快,更为重要的是,它可以摆脱一般方法对训练集合的依赖,完全独立进行.

关键词：超分辨图像类推马尔可夫网络

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一种辐射度全局光照网格模型的简化方法

软件学报 1999年第2期10卷 121-128页

作者：刘学慧吴恩华中国科学院软件研究所计算机科学实验室澳门大学科学技术系

全局光照模型计算通常将环境中的表面分解得足够细，以精确地捕捉由于物体间相互遮挡所引起的阴影效果及其他一些光照效果．因而，一个复杂场景经全局光照计算后，其模型复杂度远远超出了当今图形工作站的实时绘制能力．给出了一种辐射... 详细信息

全局光照模型计算通常将环境中的表面分解得足够细，以精确地捕捉由于物体间相互遮挡所引起的阴影效果及其他一些光照效果．因而，一个复杂场景经全局光照计算后，其模型复杂度远远超出了当今图形工作站的实时绘制能力．给出了一种辐射度全局光照网格模型的简化方法．算法首先根据辐射度计算的特点以及人眼的视觉特点，提出以辐射度最大相对变化值为准则，以面片合并法实现全局光照网格模型的第１步简化，将原辐射度全局光照网格模型简化为能量相对变化在用户定义误差范围内的一些超面区域．然后利用顶点删除法实现超面区域边界的简化，进一步加大原网格模型的简化程度．试验表明，这种算法不仅能有效地简化辐射度全局光照网格模型，而且能较好地保持原光照网格模型的特征．

关键词：全局光照模型辐射度网络简化虚拟现实

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基于空盒自适应生成的动态场景光线跟踪计算

计算机学报 2009年第6期32卷 1172-1182页

作者：李静王文成吴恩华中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室北京100190 澳门大学科技学院计算机与信息科学系中国澳门

提出了一项光线跟踪新技术,能有效提高光线在空白区域的行进速度.该技术首先用一种新方法创建均匀空间网格,然后用较少的空盒自适应聚集空的空间网格,以加快光线跟踪的计算.新加速结构的创建时间复杂度和空间复杂度均是O(n),而相应的光... 详细信息

提出了一项光线跟踪新技术,能有效提高光线在空白区域的行进速度.该技术首先用一种新方法创建均匀空间网格,然后用较少的空盒自适应聚集空的空间网格,以加快光线跟踪的计算.新加速结构的创建时间复杂度和空间复杂度均是O(n),而相应的光线跟踪计算的时间复杂度为O(logn),与kd树结构相当.当该结构与已有的一些加速结构结合后,能很好地处理大规模动态场景.比如,光线逐根跟踪且计算二次衍生光线时,新技术可在普通PC机上高真实感地交互绘制包含6G三角面片的多Buddha动态场景.

关键词：加速光线跟踪空间网格二次衍生光线动态场景