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基于GPU投影网格的曲面渲染技术

计算机仿真 2010年第11期27卷 246-250,323页

作者：王志铭王旭杨新张璐上海交通大学图像处理与模式识别研究所上海200240 上海飞机制造有限公司上海200436

研究曲面渲染技术对船舶、汽车、飞机造型虚拟的设计飞行器飞行实时仿真系统设计尢为重要。为了克服传统的曲面渲染方法的不足和提高实时性,充分利用图形处理器(GPU)不断提高的渲染能力,包括GPU的可编程性和高度并行计算特性,在GPU上实... 详细信息

研究曲面渲染技术对船舶、汽车、飞机造型虚拟的设计飞行器飞行实时仿真系统设计尢为重要。为了克服传统的曲面渲染方法的不足和提高实时性,充分利用图形处理器(GPU)不断提高的渲染能力,包括GPU的可编程性和高度并行计算特性,在GPU上实现了投影网格(Projected Grid)的视点相关的曲面渲染技术。从视点发出的投射光线穿过投影网格后,将根据可视化细节的重要程度,自动生成具有不同细节层次(Levels of Detail)的曲面网格,并且实时地更新网格的细节层次需求。在整个渲染过程中保持稳定的帧率,生成与视点相关的曲面光滑流畅。试验证明满足了实时交互性的要求,在工程虚拟仿真领域有广泛的应用前景。

关键词：图形处理器投影网格曲面渲染细节层次视点相关

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基于投影网格的大面积水面生成算法

测绘科学 2008年第3期33卷 103-104,102页

作者：张立朝潘贞王青山王洪伟郑海鹰赵鹏解放军信息工程大学测绘学院郑州450052 郑州高新区管委会郑州450001

本文主要研究在现代硬件条件下,如何为渲染生成一个大面积的水面。为了达到摄像机高低不同时对分辨率的要求,同时保持空间的可量测性,现在经常使用的生成算法是各种"层次细节"的方法。但层次细节也存在存储数据量大以及接边等问题。本... 详细信息

本文主要研究在现代硬件条件下,如何为渲染生成一个大面积的水面。为了达到摄像机高低不同时对分辨率的要求,同时保持空间的可量测性,现在经常使用的生成算法是各种"层次细节"的方法。但层次细节也存在存储数据量大以及接边等问题。本文介绍了一种替代的算法:投影网格算法。投影网格从我们希望在投影后得到的网格入手,反向找出网格在投影前的位置,更有目的性,有自己的优势。

关键词：投影网格海水渲染

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基于投影网格的全球多分辨率地形绘制

计算机工程 2009年第8期35卷 230-232页

作者：康来吴玲达宋汉辰杨冰国防科技大学信息系统与管理学院长沙410073

提出一种基于投影网格的全球多分辨率地形绘制算法。利用投影网格剖分球面,快速完成视域内球面的非均匀网格化。对地形数据分层组织、分块存储,通过可视区域计算,实现高效率的地形数据装载和更新。由于每帧网格数量保持基本不变,确保了... 详细信息

提出一种基于投影网格的全球多分辨率地形绘制算法。利用投影网格剖分球面,快速完成视域内球面的非均匀网格化。对地形数据分层组织、分块存储,通过可视区域计算,实现高效率的地形数据装载和更新。由于每帧网格数量保持基本不变,确保了稳定的帧率。实验结果表明该算法在全球三维地形实时绘制上能取得较好的视觉效果,计算量小、具有较高的效率。

关键词：投影网格全球地形实时绘制多分辨率

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利用坐标反算的投影网格算法

测绘科学技术学报 2010年第2期27卷 146-148,152页

作者：陈引川王洪伟张立朝信息工程大学测绘学院河南郑州450052

投影网格算法从投影后的网格入手,通过反算获取投影前的位置,进而完成3维地形的绘制。分析了传统投影网格算法存在的缺陷,提出了改进的投影网格算法,并对改进后的算法进行了测试和分析。认为投影网格算法具有简单直观、易构建高分辨率... 详细信息

投影网格算法从投影后的网格入手,通过反算获取投影前的位置,进而完成3维地形的绘制。分析了传统投影网格算法存在的缺陷,提出了改进的投影网格算法,并对改进后的算法进行了测试和分析。认为投影网格算法具有简单直观、易构建高分辨率地形的优点,最后指出了需要进一步研究的方向。

关键词：投影网格坐标反算视截体 3维场景算法

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基于投影网格的水面实时渲染

计算机应用与软件 2008年第11期25卷 218-219,285页

作者：王磊陈福民欧阳慧琴同济大学计算机中心上海200092

针对如何使用现代图形硬件方法有效地渲染大规模水面。当要生成大规模非平面的近似水面时,通常使用高度场来高效且动态地生成多边形。在渲染高度场时为了提高效率进行适当的简化,普遍采用细节层次技术LOD(Level-Of-Detail)的多种方法。... 详细信息

针对如何使用现代图形硬件方法有效地渲染大规模水面。当要生成大规模非平面的近似水面时,通常使用高度场来高效且动态地生成多边形。在渲染高度场时为了提高效率进行适当的简化,普遍采用细节层次技术LOD(Level-Of-Detail)的多种方法。还介绍了"投影网格"的技术,与LOD法的在全局空间划分细节级别不同,这种方法在摄影机空间而不是传统的全局空间里经由投影创造网格,使用另一种思路解决了简化显示效果以提高效率的问题。

关键词：投影网格细节层次技术水面实时渲染 perlin噪声

基于GPU投影网格的曲面渲染技术在飞行器飞行实时仿真系统中的应用

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基于GPU投影网格的曲面渲染技术在飞行器飞行实时仿真系统中的应用

作者：王志铭上海交通大学

学位级别：硕士

飞行器飞行实时仿真系统主要利用飞行数据可视化技术,以三维的形式动态地模拟飞机飞行的实际情况,全面、综合地展现飞机飞行状态及各种综合信息,从而有效地发现和分析飞行中所存在的问题,为进一步的飞行测试提供可靠的依据。因而,飞行... 详细信息

飞行器飞行实时仿真系统主要利用飞行数据可视化技术,以三维的形式动态地模拟飞机飞行的实际情况,全面、综合地展现飞机飞行状态及各种综合信息,从而有效地发现和分析飞行中所存在的问题,为进一步的飞行测试提供可靠的依据。因而,飞行实时仿真系统的研究具有重要的现实应用意义。但是,飞行器飞行实时仿真系统需要处理大规模的网格数据,比如飞机造型的虚拟仿真,庞大的地形网格数据等。因此,如何有效地防止数据堵塞或“闪屏”现象,加快系统在计算机上运行的速度,成为飞行实时仿真系统研究领域的一个重要课题。近年来,随着计算机图形显卡硬件的迅猛发展,新一代图形硬件可编程的图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)应运而生。图形处理器作为一个专门的图形处理单元,采用了并行处理以及专注于计算的体系架构,从硬件上对整个图形渲染管线进行加速,具有完整的几何变换、光照和纹理计算等功能。因此,有效地应用最新的图形学可编程GPU技术,对实时仿真系统中大规模网格数据实现GPU硬件加速,成为计算机图形学和实时仿真领域的一个研究热点。传统的曲面渲染方法具有交互性能差、运行时计算成本开销大、光照走样等缺点。为了克服其不足,本文充分利用图形处理器(GPU)的可编程性和高度并行计算特性,在GPU上实现了基于投影网格的视点相关的曲面渲染技术,并将这种渲染技术应用到飞行器飞行实时仿真系统的地形渲染中,为解决大规模地形网格数据的处理提供了一个有效的途径。基于GPU投影网格的曲面渲染技术具有如下优点:第一,方法的紧凑一致性,方便所有的计算都在GPU上进行,运算速度快,大大减轻了CPU的负荷;第二、穿过投影网格的投射光线将自动生成具有不同细节层次的曲面网格,不用在CPU中预先设置好细节层次的结构,并且随着视点的动态移动,实时更新网格的细节层次;第三,每一帧都是仅渲染投影网格的三角形,保证了稳定的帧率,生成与视点相关的曲面。这些优点都归功于GPU不断提高的并行运算处理能力。因此,这种渲染技术具有很好的实时交互性,在工程上有着广泛的应用前景。本文给出了基于GPU投影网格框架的Bezier曲面渲染和地形渲染的具体应用例子。作为这种渲染技术的应用,本文最后介绍了ARJ 21新支线客机飞行实时仿真系统的总体架构。

关键词：飞行器飞行实时仿真系统视点相关实时交互性图形处理器投影网格曲面渲染地形渲染细节层次

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一种湖面波浪模拟的方法

系统仿真学报 2009年第23期21卷 7507-7510页

作者：李云飞程甜甜何伟苏州大学计算机科学与技术学院苏州215006

自然景观的模拟一直是计算机图形学的热点问题,特别是以波浪为代表的流体视觉仿真。以实际项目为研究背景,将Johanson提出的投影网格法用于湖面建模,以改进了的Perlin噪声作为高度场的激励源,采用基于费涅尔系数的水面光照渲染,比较真... 详细信息

自然景观的模拟一直是计算机图形学的热点问题,特别是以波浪为代表的流体视觉仿真。以实际项目为研究背景,将Johanson提出的投影网格法用于湖面建模,以改进了的Perlin噪声作为高度场的激励源,采用基于费涅尔系数的水面光照渲染,比较真实地模拟了太湖湖面的波浪场景。同时利用顶点着色器和像素着色器(基于GPU的编程)强大的图形处理功能,极大地提高了太湖湖面波浪的生成速度,在网格为256*256,图像大小为1024*768的情况下,刷新频率达到了80帧以上,满足了实时性的要求。

关键词：投影网格 Perlin噪声费涅尔系数顶点着色器像素着色器

基于Perlin噪声的海面仿真在Vega Prime中的应用

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计算机应用研究 2009年第11期26卷 4386-4389页

作者：谢攀康凤举苏曼西北工业大学航海学院西北工业大学水下信息处理与控制国家重点实验室西安710072

针对Vega Prime自带海洋模块中海浪随机性不强和海面网格划分简单的不足,以OpenGL为基础将基于Perlin噪声的海面仿真应用到Vega Prime中。Perlin噪声的生成采用计算机运算最快的位运算方法,减小海面高度场的计算时间;通过采用投影网格... 详细信息

针对Vega Prime自带海洋模块中海浪随机性不强和海面网格划分简单的不足,以OpenGL为基础将基于Perlin噪声的海面仿真应用到Vega Prime中。Perlin噪声的生成采用计算机运算最快的位运算方法,减小海面高度场的计算时间;通过采用投影网格的方法实现视点相适应网格的计算,生成自然的投影网格,并利用CG对显卡编程进行实时光照渲染。测试结果表明该方法的帧数大于Vega Prime(version2.2)中自带海洋模块的帧数,弥补了Vega Prime自带海洋模块的不足,增强了海面场景的实时性和逼真性。

关键词： Perlin噪声投影网格海面视景仿真 OpenGL CG Vega Prime

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基于GPU的实时水面场景并行渲染算法

海洋湖沼通报 2014年第2期 125-131页

作者：孙君秦勃中国海洋大学信息科学与工程学院山东青岛266100

水面的模拟历来都是一个难题。近几年,随着图形处理器(GPU)的迅速发展,它的功能不再局限于图形处理,而是进入到了通用计算领域,所以可以利用GPU的并行计算优势来加速水面的模拟过程。本文研究的主要内容是海浪的实时模拟绘制。海浪渲染... 详细信息

水面的模拟历来都是一个难题。近几年,随着图形处理器(GPU)的迅速发展,它的功能不再局限于图形处理,而是进入到了通用计算领域,所以可以利用GPU的并行计算优势来加速水面的模拟过程。本文研究的主要内容是海浪的实时模拟绘制。海浪渲染算法使用了投影网格技术,使用CUDA并行计算方法对投影网格顶点坐标的计算进行加速,比较使用CPU进行大数据量计算和使用GPU进行大数据量计算的速度差异。最终,改进后的程序渲染速度大幅提高,使得程序可以在生成更逼真画面的同时保持令人满意的帧率。

关键词：虚拟现实水面模拟投影网格 GPU CUDA