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基于改进光线追踪的虚拟仿真平台人机交互优化研究

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自动化与仪器仪表 2024年第4期 167-170,175页

作者：严粤锋广东开放大学广州510091

光线追踪作为一种全局光照方法,能够模拟真实的阴影、反射、折射和散射等光照现象,从而提供具有高度真实感的图像。为了提高动画游戏的人机交互体验,此次研究首先对传统的光线追踪算法进行了优化,提出了基于突变策略的Metropolis光线追... 详细信息

光线追踪作为一种全局光照方法,能够模拟真实的阴影、反射、折射和散射等光照现象,从而提供具有高度真实感的图像。为了提高动画游戏的人机交互体验,此次研究首先对传统的光线追踪算法进行了优化,提出了基于突变策略的Metropolis光线追踪算法,并利用该算法完成了游戏动画图像的渲染。此外,结合Kinect V2传感器搭建了虚拟人机交互系统。研究结果表明,动画图像在所提出的算法中具有较好的渲染性能,其平均梯度值和峰值信噪比值最高可达22.54和27.81,互信息量值和结构相似指数值最高可达1.19和0.56。此外,采用Kinect V2传感器的虚拟系统的交互精度值均在0.90以上。综上,此次研究所设计的虚拟交互系统具有较好的交互性能,能够更大程度提高用户的游戏体验。

关键词：光线追踪虚拟仿真人机交互手势控制 Unity 3D

基于光线追踪及碰撞检测的游戏动画动态仿真模型研究

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自动化与仪器仪表 2024年第5期 168-171+177页

作者：白苏琼程万里天府新区信息职业学院

游戏及动画产业的不断发展，导致用户需求不断提升，对于真实感、立体感、交互性等方面的要求越来越高。因此，研究基于光线追踪和碰撞检测技术的游戏动画动态仿真模型。实验结果表明，研究模型可以在处理大量图元时保持较好的渲染速度... 详细信息

游戏及动画产业的不断发展，导致用户需求不断提升，对于真实感、立体感、交互性等方面的要求越来越高。因此，研究基于光线追踪和碰撞检测技术的游戏动画动态仿真模型。实验结果表明，研究模型可以在处理大量图元时保持较好的渲染速度，整体渲染速度提升了178%。在帧频率方面，研究算法比其他算法略高，提升了约10%,而在大型建筑模型渲染中，研究算法表现出明显优势，提高了约35.76%。总体而言，实验模型在游戏动画仿真中，表现出了高真实感和交互性，并且可以有效模拟游戏场景中物体的运动和交互。

关键词：光线追踪碰撞检测包围盒算法动画仿真

间接驱动相关条件下的大空间尺度对流受激拉曼侧向散射

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物理学报 2024年第10期73卷 256-269页

作者：曾嘉乐练昌旺季雨闫锐中国科学技术大学近代力学系合肥230026 上海交通大学IFSA协同创新中心上海200240

利用基于光线追踪和对流放大模型的模拟程序PHANTAM,对神光Ⅲ原型装置间接驱动相关条件下的大空间尺度受激拉曼散射进行了研究.模拟结果表明,在该参数条件下,真空腔和充气腔中均会发生较强的对流受激拉曼侧向散射过程.入射光的焦斑大小... 详细信息

利用基于光线追踪和对流放大模型的模拟程序PHANTAM,对神光Ⅲ原型装置间接驱动相关条件下的大空间尺度受激拉曼散射进行了研究.模拟结果表明,在该参数条件下,真空腔和充气腔中均会发生较强的对流受激拉曼侧向散射过程.入射光的焦斑大小是影响对流受激拉曼侧向散射的关键因素:在光强保持不变的条件下,真空腔和充气腔中受激拉曼侧向散射的对流增益会随焦斑增大而增大,而在功率保持不变的条件下,会随焦斑增大而减小.因此改变焦斑尺寸是调控受激拉曼侧向散射对流增益的有效途径.

关键词：激光等离子体不稳定性受激拉曼侧向散射对流模光线追踪

基于光线追踪的实时超声模拟与虚拟现实的集成

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系统仿真学报 2022年第11期34卷 2425-2436页

作者：彭博汪强青芮冰尹立雪姜劲枫西南石油大学计算机科学学院四川成都610500 四川省医学科学院·四川省人民医院心血管超声及心功能科四川成都610072 四川省医学科学院·四川省人民医院超声心脏电生理学与生物力学四川省重点实验室四川成都610072 美国密歇根理工大学生物医学工程系美国密歇根州霍顿49931

为进一步提高超声医师培训效率以及降低培训成本,开发了一种与虚拟现实(VR)环境集成在一起的超声训练系统。将基于光线追踪的超声图像模拟方法整合到虚拟现实环境中,利用沉浸式VR体验进行医学超声培训,并将该方法获得的模拟超声图像与... 详细信息

为进一步提高超声医师培训效率以及降低培训成本,开发了一种与虚拟现实(VR)环境集成在一起的超声训练系统。将基于光线追踪的超声图像模拟方法整合到虚拟现实环境中,利用沉浸式VR体验进行医学超声培训,并将该方法获得的模拟超声图像与使用基于生成对抗网络(GAN)技术和Field Ⅱ超声模拟器模拟的超声图像进行比较。实验数据表明,本文的超声模拟器在光线数量为256,模型的三角片数量超过200 000的条件下,能够以43帧/s的速度实时生成高质量的模拟超声图像,同时验证了光线追踪结合VR环境进行超声模拟是可行的。

关键词：虚拟现实超声模拟医学图像模拟光线追踪超声训练检查

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实时光线追踪相关研究综述

计算机科学与探索 2023年第2期17卷 263-278页

作者：闫润黄立波郭辉王永鑫张鑫铖张鸿儒国防科技大学计算机学院长沙410073

光线追踪因其渲染效果的真实性,长期以来被视为下一代主流图像渲染技术,是计算机图形学领域的热点研究方向。近年来,学术界和商业界对实时光线追踪开展了广泛研究。为促进实时光线追踪的研究,对相关文献进行归纳、分析和总结。首先阐述... 详细信息

光线追踪因其渲染效果的真实性,长期以来被视为下一代主流图像渲染技术,是计算机图形学领域的热点研究方向。近年来,学术界和商业界对实时光线追踪开展了广泛研究。为促进实时光线追踪的研究,对相关文献进行归纳、分析和总结。首先阐述了光线追踪的概念、算法、加速数据结构等理论知识;介绍了三款支持光线追踪商用图形处理器(GPU),并对比了之间的差异;从光线束遍历、无栈遍历、光线重排序、多分支BVH、降噪技术、与神经网络结合的实时光线追踪这六个方法综述了光线追踪的算法优化工作,并阐明了相关具体方法的优缺点;在算法加速的基础上,对使用GPU优化加速和采用定制化设计的硬件加速进行了归纳分析;最后对文章的内容进行了总结,指出了实时光线追踪仍面临的困难,并对未来的发展方向进行了展望。可以帮助研究人员系统地了解实时光线追踪的研究现状,为后续开展相关研究提供思路。

关键词：渲染光线追踪图形处理器(GPU) 领域定制体系结构

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分子可视化中的光线追踪棋盘渲染

计算机科学 2022年第2期49卷 134-141页

作者：李家振纪庆革朱泳霖中山大学计算机学院广州510006 广东省大数据分析与处理重点实验室广州510006

在分子可视化中使用光线追踪渲染图像能够极大地促进研究人员对分子结构的观察和感知,但现有的光线追踪方法存在实时性能不足以及渲染质量不佳的问题。文中提出了一种光线追踪棋盘渲染方法。该方法利用棋盘渲染技术对光线追踪方法进行优... 详细信息

在分子可视化中使用光线追踪渲染图像能够极大地促进研究人员对分子结构的观察和感知,但现有的光线追踪方法存在实时性能不足以及渲染质量不佳的问题。文中提出了一种光线追踪棋盘渲染方法。该方法利用棋盘渲染技术对光线追踪方法进行优化,其流程主要划分为重投影、渲染、重建和孔填充4个阶段,在各阶段中,提出了针对棋盘渲染的改进,包括光线追踪前向重投影、分子着色包围盒、动态图像重建方法和八邻居插值填孔策略。在6个拥有不同原子数量的分子上与目前的先进方法进行对比,实验结果表明,所提方法整体的实时帧率明显高于同样基于CPU计算的Tachyon-OSPRay方法,是后者的1.58~1.86倍。另外,在原子数量相对较少的实验分子上,所提方法比基于GPU加速计算的Tachyon-Optix方法拥有更好的帧率表现。

关键词：分子可视化分子渲染光线追踪棋盘渲染时间性反走样

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实时阴影的时域可靠网络去噪

计算机辅助设计与图形学学报 2024年

作者：彭元王璐徐延宁王贝贝山东大学软件学院南开大学计算机学院

基于蒙特卡洛光线追踪的实时、可交互渲染通常需要低采样率下的时域去噪技术满足渲染质量、速度的双重需求. 时间域帧间映射信息一般通过计算屏幕空间中的运动向量来得到，但对于存在阴影的区域，使用传统运动向量则会产生错误的映射... 详细信息

基于蒙特卡洛光线追踪的实时、可交互渲染通常需要低采样率下的时域去噪技术满足渲染质量、速度的双重需求. 时间域帧间映射信息一般通过计算屏幕空间中的运动向量来得到，但对于存在阴影的区域，使用传统运动向量则会产生错误的映射关系，从而导致阴影鬼影等问题. 为此，设计了一个针对动态阴影的多尺度分层去噪网络. 首先通过主干网络提取输入噪声阴影和辅助信息中的多尺度特征; 然后经过核预测模块生成逐像素的滤波核; 接着在时域融合模块中引入时域可靠阴影运动向量在阴影区域构建准确的帧间映射关系，以更加有效地利用连续帧信息; 最后，对噪声图像使用滤波核，实现实时动态阴影的高质量去噪. 本文采用Falcor渲染器光线追踪流程生成数据集，其包括2 000帧渲染图像. 实验结果表明，本文方法适用于复杂场景动态阴影的实时去噪，尤其是存在高速移动的大面积光场景中，单帧去噪时间低于14毫秒. 与已有方法相比，本文方法渲染质量PSNR提升约5.4%，帧间连贯性(tPSNR)提升约1.7%，能在有效地消除软阴影噪声的同时获取更准确的阴影细节，且有效地解决了光源、视点、物体快速移动时的阴影鬼影问题.

关键词：光线追踪时域去噪运动向量神经网络

动态低采样环境光遮蔽的实时光线追踪分子渲染

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计算机科学 2022年第1期49卷 175-180页

作者：李家振纪庆革中山大学计算机学院广州510006 广东省大数据分析与处理重点实验室广州510006

分子可视化工作中高质量的分子渲染效果对研究人员观察生物分子结构尤为重要。主流分子可视化工具中常用的光栅化方法渲染效果不佳,不利于研究人员观察分子结构。先进的光线追踪渲染技术可以实现高质量的渲染效果,但目前工具中支持光线... 详细信息

分子可视化工作中高质量的分子渲染效果对研究人员观察生物分子结构尤为重要。主流分子可视化工具中常用的光栅化方法渲染效果不佳,不利于研究人员观察分子结构。先进的光线追踪渲染技术可以实现高质量的渲染效果,但目前工具中支持光线追踪的分子渲染方法存在使用平台限制、实时性能不足以及渲染质量不佳的问题。文中提出一种动态低采样环境光遮蔽的实时光线追踪分子渲染方法,其中提出了光线追踪中简易的重投影方法,用于实现动态低采样环境光遮蔽的时间性降噪;以及提出了阴影光线包装策略,改进了光线遍历场景时的计算并行度。实验结果表明,所提方法在个人电脑上可达到实时交互渲染性能,并且在"天河二号"平台上与先进的VMD-OSPRay方法相比,该方法获得了1.40~1.64倍的性能加速,同时改善了动态图像严重的噪点问题。

关键词：光线追踪分子可视化分子渲染环境光遮蔽数据并行

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微振动对空间光学成像影响定量分析研究

光学学报 2024年

作者：王纪元周徐斌汪自军张智冠上海卫星工程研究所气象环境卫星总体部

随着遥感技术的迅速发展，光学成像系统的空间分辨率和光谱分辨率等指标不断提升，微振动对空间光学成像的影响不可忽视。本文对空间光学系统受微振动影响导致的性能退化进行定量研究，建立了基于调制传递函数（MTF）的定量分析模型，... 详细信息

随着遥感技术的迅速发展，光学成像系统的空间分辨率和光谱分辨率等指标不断提升，微振动对空间光学成像的影响不可忽视。本文对空间光学系统受微振动影响导致的性能退化进行定量研究，建立了基于调制传递函数（MTF）的定量分析模型，提出了振动影响边界和光学结构影响边界假设，使用光线追踪法、空间采样法、快速傅里叶变换（FFT）计算MTF。模型可应用于分析光学系统对扰振参数的敏感特性，为卫星总体光学系统和结构系统设计提供技术依据。仿真结果表明：1）振动影响边界和光学结构影响边界具有极值性；2）光学表面沿某轴的平移振动较旋转振动对该轴方向MTF值影响更大；3）光学系统主光学表面在仿真工况下敏感振动频率位于74.8Hz附近；4）两边界Nyquist频率处的MTF值大小关系与曝光时间有关。

关键词：空间光学系统像质退化微振动光线追踪调制传递函数定量分析模型