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Parallel algorithm for viewshed analysis on a modern GPU

International Journal of Digital Earth 2011年第6期4卷 471-486页

作者： Fang Chao Yang Chongjun Chen Zhuo Yao Xiaojing Guo Hantao State Key Laboratory of Remote Sensing Science Jointly Sponsored by The Institute of Remote Sensing Applications of Chinese Academy of Sciences and Beijing Normal UniversityBeijingChina Department of 3D product Beijing GeoBeans Information Technology Co.LtdBeijingChina

Spatial analysis,including viewshed analysis,is an important aspect of the Digital Earth *** analysis is usually performed on a large scale,so efficiency is important in any Digital Earth application making these *** this paper,a real-time algorithm for viewshed analysis in 3D scenes is presented by using the parallel computing capabilities of a graphics processing unit(GPU).In contrast to traditional algorithms based on line-of-sight,this algorithm runs completely within the programmable 3D visualization pipeline to render 3D terrains with viewshed *** most important difference is its integration of the viewshed calculation with the rendering *** areas are rendered as shadows in the 3D *** algorithm process is paralleled by rasterizer units in the graphics card and by vertex and pixel shaders executed on the *** have implemented this method in our 3D Digital Earth system with the DirectX 9.0c API and tested on some consumer-level PC platforms with interactive framerates and high image *** algorithm has been widely used in related systems based on Digital Earth.

关键词： viewshed analysis vertex and pixel shader GPU shadow map 3D representation visualization Digital Earth DEM

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树木阴影快速生成与绘制算法研究与实现

树木阴影快速生成与绘制算法研究与实现

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作者：魏厚明北京林业大学

学位级别：硕士

阴影是树木的重要视觉特征,它对提高树木绘制的真实感具有重要作用,同时阴影算法效率也是影响树木绘制效率的重要因素,因此树木阴影的快速生成和真实感绘制方法研究具有重要意义。本文针对树木建模中广泛应用的布告板(Billboard)树木模... 详细信息

阴影是树木的重要视觉特征,它对提高树木绘制的真实感具有重要作用,同时阴影算法效率也是影响树木绘制效率的重要因素,因此树木阴影的快速生成和真实感绘制方法研究具有重要意义。本文针对树木建模中广泛应用的布告板(Billboard)树木模型的特点,提出了Billboard树木模型阴影快速生成与真实感绘制算法。该算法在传统阴影图(shadow map)算法的基础上,采用深度变换的方法解决了Billboard树木的自遮挡问题,使用阴影图滤波和屏幕阴影图滤波相结合的方法实现了树木软影效果,并利用图形硬件的多绘制目标(Multi Render Targets,简称MRT)功能对算法流程进行了优化,有效地提高了算法效率。本文以当前主流树木引擎SpeedTree树木模型为例对算法进行了检验,实验结果表明,本文生成的Billboard树木阴影真实感强,同时具有较高的算法效率。

关键词：树木阴影 Billboard shadow map 阴影图滤波 Multi Render Targets

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鱼眼相机的标定与视频增强场景方法的研究

鱼眼相机的标定与视频增强场景方法的研究

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作者：姚奕杰南京师范大学

学位级别：硕士

随着虚实融合技术的发展,利用视频图像对三维场景进行增强显示,使得静态的模型能实时反映真实世界的变化,对于安防以及智能交通等领域具有重要意义。鱼眼相机与普通相机相比具有更大的视角,采集到的视频信息也更加丰富,因此被广泛应用... 详细信息

随着虚实融合技术的发展,利用视频图像对三维场景进行增强显示,使得静态的模型能实时反映真实世界的变化,对于安防以及智能交通等领域具有重要意义。鱼眼相机与普通相机相比具有更大的视角,采集到的视频信息也更加丰富,因此被广泛应用于室内场景监控中。由于鱼眼视频中存在着非常大的畸变,目前视频增强场景的算法很难将鱼眼视频与三维模型准确贴合,针对这一问题,本文对现有的视频增强场景算法进行了改进,实现了鱼眼视频与三维模型的准确贴合。在进行视频增强场景之前需要对鱼眼相机进行标定,现有的鱼眼相机标定方法一般需要借助标定板,或者需要把相机拆下来,最后在实验室环境下才能实现标定,需要严格的标定条件以及标定环境,难以实现在不同环境下对鱼眼相机进行标定。为了解决这些问题,本文对鱼眼相机标定方法进行改进,实现了鱼眼相机快速简便的标定。本文的研究内容与成果主要包括:（1）基于遗传算法的鱼眼相机标定算法,该算法通过圆检测算法得到像主点坐标,再利用遗传算法来求解鱼眼图像的畸变系数,通过论证发现鱼眼的球面投影模型可以转换为透视投影模型,所以再将鱼眼图像转为正常的不含畸变的图片,接着利用特征点的世界坐标以及图像坐标根据两步法来进行标定。虽然该方法在精度上低于基于标定板的鱼眼相机标定方法,但是该方法可以不借助标定板来实现鱼眼相机的标定,应用场景更加广泛。（2）鱼眼视频增强场景算法,利用鱼眼相机标定参数,在Open GL三维场景中构建虚拟相机,然后借鉴了shadow map算法的思想对鱼眼视频纹理进行映射。在着色器中进行纹理替换之前,先对图像进行畸变校正,把图像坐标进行逆投影得到世界坐标,然后再对世界坐标按照球面投影模型进行重投影,重投影时加入畸变矫正,便得到矫正之后的图像坐标,利用矫正后的坐标从鱼眼图像取出对应的RGB进行纹理替换,使得鱼眼图像与模型贴合的更加准确。

关键词：相机标定鱼眼畸变矫正视频增强场景 shadow map 圆检测算法

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