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光电子．激光 2013年第11期24卷 2218-2225页

作者：刘哲南炳炳顾淑音李强西北工业大学理学院陕西西安710129

现有压缩图像融合算法的采样模式以傅里叶谱域内星形采样和小波谱域内放射状采样为主,并没有充分利用信号在谱域内的结构化特征,算法的性能和效率仍有提升空间。为此,本文利用图像在小波谱域内的重要变换系数所体现出的结构化特征,通过... 详细信息

现有压缩图像融合算法的采样模式以傅里叶谱域内星形采样和小波谱域内放射状采样为主,并没有充分利用信号在谱域内的结构化特征,算法的性能和效率仍有提升空间。为此,本文利用图像在小波谱域内的重要变换系数所体现出的结构化特征,通过沿小波谱域内子树结构进行自适应采样,以采集到图像更多的重要信息,并结合空域递归图像重构算法,提出一种新的压缩图像融合方法。数值实验结果表明,所提出的压缩图像融合方法与现有的其它方法相比,不仅有效提高了图像融合效果,而且计算效率也有很大提升。

关键词：压缩感知(CS) 小波子树结构化采样图像融合

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三维视景系统中的大气现象模拟技术研究与实现

三维视景系统中的大气现象模拟技术研究与实现

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作者：林晓颖四川大学

学位级别：硕士

近年来,随着三维视景系统被广泛应用于模拟驾驶、军事演练、交互式娱乐仿真系统等领域,其对真实感渲染的要求也越来越高。在户外场景中,人们可以通过对大气现象的观察感知时间、季节、温度等环境信息的变化,因此大气现象模拟效果的准确... 详细信息

近年来,随着三维视景系统被广泛应用于模拟驾驶、军事演练、交互式娱乐仿真系统等领域,其对真实感渲染的要求也越来越高。在户外场景中,人们可以通过对大气现象的观察感知时间、季节、温度等环境信息的变化,因此大气现象模拟效果的准确性对于提高视景系统的真实性至关重要。在视点漫游范围较小的仿真系统中,大气现象的模拟常常采用天空盒这类静态纹理映射的方法来实现,但这些方法无法模拟出大气的动态变化,如日出、日落和云层移动等。为了满足三维视景系统对真实性和沉浸感的需求,本文对大气现象中大气和云层的实时渲染方法做了以下研究:针对现有大气渲染算法真实度不足且预计算查找表复杂度较高的问题,本文提出了一种基于大气散射物理模型的实时渲染优化算法。首先对光线在介质中传播时的四种能量变化过程进行分析,构建大气散射的体渲染方程,通过求解体渲染方程获得逼真的大气渲染效果。为了提高渲染速度,本文采用预计算方法将大气的透射率和内散射值存储到查找表中,针对查找表精度不足而导致的地平线附近出现伪影的问题,提出一种非线性映射方法将视点和大气参数离散化并映射到纹理坐标上,从而提高地平线附近对应的数据存储精度,继而有效消除了地平线附近的伪影。同时,为了解决基于迭代的多重散射预计算方法复杂度较高的问题,提出多重散射查找表的降维方法,将该查找表的维度从三维压缩到二维,忽略视线方向对多重散射的影响,该方法能够有效地降低多重散射的计算复杂度。在实时渲染阶段,通过从查找表中采样并插值得到当前场景中每个像素对应的透射率和内散射值,从而计算该像素的颜色以生成真实的大气效果。通过实验验证了本文提出的预计算查找表构造方法能有效提高地平线附近透射率和内散射的存储精度,进而解决了由查找表精度不足而导致的伪影问题,并通过降维方法简化了多重散射查找表的计算,将查找表的存储占用降低了约19%,最后在实时渲染阶段实现了单帧渲染时间仅需0.73ms的高逼真度大气效果。针对现有云层渲染算法在穿云视角下出现的云层走样问题,本文提出了一套面向视景系统的基于天气贴图和三维噪声建模的体积云实时渲染优化算法。在体积云建模阶段,采用天气贴图控制云层的分布和密度,利用预计算的三维噪声增加云层的细节,构建了细节丰富的体积云密度场。针对现有动态体积云渲染算法对云层湍流效果模拟的真实度不高、可控性不强的问题,采用域扭曲算法来模拟云层中复杂的流体运动。同时为了提高渲染速率,使用可变步长的光线步进法来加速渲染。为了提高体积云光照效果的真实性,本文采用Beer’s-Powder定律模拟光线在云层中的衰减作用,并使用二项Henyey-Greenstein(TTHG)相位函数计算体积云中光线的散射分布。此外,本文还提出基于结构化采样的光线步进法,有效解决穿云视角下的云层抖动问题。实验证明,本文提出的体积云渲染优化算法能够模拟出真实度较高且渲染成本较小的动态云层,平均渲染帧率超过200FPS,使用TTHG相位函数模拟体积云的散射效果能够提高光照模型求解的准确性,同时,实验结果证明基于结构化采样的光线步进法能有效提高穿云时相邻帧之间的连续性,继而解决穿云时的抖动问题,有利于提升三维视景系统的沉浸感。通过以上研究,本文对大气和云层的实时模拟都提出了相应的渲染方案,并在三维视景系统中进行整合,通过实验验证了以上大气现象模拟方案能够实时渲染出真实度较高的动态大气效果,且能满足不同天气、不同场景漫游时的渲染需求。

关键词：大气散射实时渲染体积云光线步进结构化采样

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