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《基于OSG的网格模型简化算法的研究及应用》篇一一、引言随着计算机图形学技术的快速发展，三维网格模型在诸多领域如虚拟现实、计算机辅助设计、动画制作等应用日益广泛。
然而，高精度的三维网格模型往往伴随着庞大的数据量，这给模型的处理和渲染带来了巨大的挑战。
因此，对网格模型进行简化的技术显得尤为重要。
本文将详细探讨基于OSG（OpenSceneGraph）的网格模型简化算法的研究及应用。
二、OSG概述OSG（OpenSceneGraph）是一个开源的、跨平台的图形库，用于渲染和操作三维图形场景。
它提供了丰富的工具集，包括模型导入、渲染、动画、物理模拟等。
利用OSG，我们可以方便地处理和展示三维网格模型。
三、网格模型简化算法研究1. 算法原理网格模型简化算法的主要目的是在保持模型几何特征的同时，减少模型的数据量。
常见的简化算法包括边坍缩、面删除、顶点聚类等。
本文将重点研究基于顶点聚类的简化算法。
该算法通过将空间位置相近的顶点合并，达到简化的目的。
2. 算法实现基于OSG的网格模型简化算法实现主要包括以下步骤：（1）读取网格模型数据，包括顶点的位置、法线等信息；（2）计算顶点间的距离，确定哪些顶点需要合并；（3）合并相近的顶点，更新模型的拓扑结构；（4）对简化后的模型进行平滑处理，以保持其几何特征。
四、算法应用1. 虚拟现实在虚拟现实应用中，通过使用基于OSG的网格模型简化算法，可以有效地降低模型的复杂度，提高渲染效率。
同时，简化后的模型仍然能够保持其几何特征，使得用户在虚拟环境中获得良好的体验。
2. 计算机辅助设计在计算机辅助设计领域，网格模型简化算法可以帮助设计师快速地浏览和分析复杂的三维模型。
通过简化模型，可以减少数据传输和处理的开销，提高工作效率。
3. 动画制作在动画制作过程中，需要对大量的三维模型进行编辑和渲染。
使用基于OSG的网格模型简化算法，可以在保证模型质量的同时，提高动画制作的效率。
五、实验与结果分析本文通过实验验证了基于OSG的网格模型简化算法的有效性和实用性。
GPU并行计算技术在物理仿真模拟中的加速效果初探计算机的发展与进步，在很大程度上依赖于计算能力的提升。
而在计算能力的提升中，GPU并行计算技术扮演着重要的角色。
近年来，随着GPU技术的不断发展和普及，越来越多的领域开始将GPU并行计算技术应用于各种科学与工程计算中。
特别是在物理仿真模拟领域，GPU并行计算技术的应用已经取得了显著的加速效果。
本文将探讨GPU并行计算技术在物理仿真模拟中的加速效果，以及对于物理仿真模拟的意义和潜力。
首先，需要了解GPU并行计算技术的基本原理。
GPU并行计算技术是利用图形处理器（Graphics Processing Unit）进行计算任务的技术。
与传统的CPU（Central Processing Unit）相比，GPU具备更多的核心和更高的并行计算能力。
传统的CPU是针对通用计算任务进行设计的，而GPU则专注于图形渲染和并行计算。
由于物理仿真模拟中的计算任务通常具有高并行性，因此GPU并行计算技术在该领域中具备广阔的应用前景。
在物理仿真模拟中，常见的任务包括流体力学、固体力学、电磁场仿真等。
这些任务的共同特点是计算量大、复杂度高、对计算资源的要求较高。
传统的CPU计算能力有限，在处理这些任务时常常需要耗费大量的时间。
而GPU并行计算技术则通过利用其强大的并行计算能力，将这些任务分解成多个小任务，并同时进行计算。
这样一来，不仅能够显著减少计算时间，同时也能提高计算效率和准确度。
以流体力学仿真为例，流体力学仿真是模拟和研究流体运动的一种方法。
这个领域的计算任务通常较为复杂和庞大，需要处理大量的方程和数据。
传统的CPU对于大规模流体力学仿真往往需要数天甚至数周的时间。
然而，GPU并行计算技术能够将计算任务划分成多个小任务，并同时进行，大大缩短了计算时间。
实际应用中的案例表明，通过利用GPU并行计算技术，流体力学仿真的计算时间可以缩短到数小时甚至数分钟，大幅提升了仿真效率。
基于OpenSceneGraph的网络版虚拟小区漫游系统摘要自20世纪末以来，虚拟现实技术一直是信息领域研究、开发和应用的热点方向之一。
它借助计算机构建出一个与现实环境十分逼真的虚拟环境，而且支持用户使用自然的技能亲身感受它。
目前己经广泛应用于军事、科学计算可视化、教育与培训、设计与规划、虚拟测试、虚拟游览、购物、交互式娱乐、工程技术、科技探索等多方面领域。
本文首先介绍了场景图形理论的相关概念、OpenSceneGraph体系结构，最后结合当今房地产开发业的激烈竞争，对虚拟现实技术的综合应用,使用三维建模软件—3DS MAX 2009软件、集成开发环境Visual C++ 2005和开源的OpenSceneGraph三维渲染引擎，设计实现了中北大学校园虚拟漫游系统。
此系统可以为用户提供友好、逼真的虚拟环境，使人有身临其境之感。
最后对本文所做的工作进行了总结，指出了有待改进的地方，并对下一步的研究提出了展望。
关键词：虚拟仿真，场景图形，碰撞检测，场景观察变换，粒子系统Virtual Community of Roaming System Online Based onOpenSceneGraph EngineAbstractSince the late 20th century, Virtual reality has been the field of information technology research, development and application of one of the hot direction.It is constructed using the computer a very realistic virtual reality environment, but the skills to support users to experience it naturally.Now has been widely used in military, scientific visualization, education and training, design, and planning, virtual testing, virtual tours, shopping, interactive entertainment, engineering technology, such as many areas of science and technology exploration.This paper introduces the concept of scene graph theory related, OpenSceneGraph architecture, Finally, today's real estate development industry, intense competition, the integrated application of virtual reality technology, using 3D modeling software-3DS MAX 2009 software, integrated development environment, Visual C + + 2005 and the open source OpenSceneGraph 3D rendering engine, designed and implemented in the North Campus Virtual Tour System. This system could provide users with friendly, realistic virtual environment, giving the feeling.Finally, this article summarizes the work done, pointed out the areas to be improved, and the future study are pointed out.Keywords:Virtual Reality, Scene Graph, Collision Detection, Scene Observed Transformation, Particle System目录1 绪论 (1)1.1 背景及意义 (1)1.2 虚拟仿真视景技术的发展状况和趋势 (1)1.3 本文的组织结构 (3)2 场景图形理论 (5)2.1 场景图形的概念 (5)2.2 场景图形的特性 (7)2.3 场景图形的渲染方式 (8)2.4 本章小结 (9)3 基于OpenSceneGraph的虚拟系统开发工具和环境简介 (10)3.1 OpenSceneGraph三维渲染引擎 (10)3.1.1 OpenSceneGraph的发展状况 (11)3.1.2 OpenSceneGraph的结构 (12)3.2 3DS MAX 2009简介 (15)3.3 Visual C++ 2005简介 (16)3.4 C++语言简介 (16)3.5 基于OpenSceneGraph的虚拟系统开发环境 (17)3.6 其它相关工具 (17)3.7 本章小结 (17)4 基于OpenSceneGraph的网络版虚拟小区漫游系统的开发 (18)4.1 系统的需求分析 (18)4.2 系统的主要功能 (18)4.3 具体实现 (18)4.3.1小区模型的制作 (18)4.3.2 变换操作基础和场景观察 (19)4.3.3 漫游功能的实现 (23)4.3.4 碰撞检测 (26)4.3.5 喷泉的实现 (28)4.3.6 天空盒的实现 (32)4.3.7 导航器的实现 (34)4.4 系统测试 (36)4.5 本章小结 (40)5 总结与下一步展望 (41)5.1 全文总结 (41)5.2 下一步展望 (41)参考文献 (42)致谢 (43)1 绪论1.1 背景及意义随着社会的发展，科技的进步。
Experiments on GPU-Based SDOG Parallel
Visualization
作者： 薄海光[1] 吴立新[2,3] 余接情[4] 谢磊[1]
作者机构： [1]中国矿业大学（北京）地球科学和测绘工程学院,北京100083 [2]中国矿业大学物联网（感知矿山）研究中心,江苏徐州221116 [3]北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室,北京100875 [4]中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221116
出版物刊名： 地理与地理信息科学
页码： 72-76页
年卷期： 2013年 第4期
主题词： 球体退化八叉树格网（SDOG） GPU 可视化 并行计算 全球格网 空间数据
摘要：球体退化八叉树格网（Spherical Degenerated Octree Grid，SDOG）及其三元组模型为全球变化及地球系统科学研究提供了一种地表及其内外空间统一表达与建模的全球空间数据模型。
然而，现有SDOG模型可视化效率较低，难以满足全球模式下空间数据快速可视化的要求。
该文采用GPU并行计算技术实现SDOG模型可视化加速。
通过分析SDOG模型可视化过程的并行特征，选取格网码（C）解码及三元组渲染两个过程进行GPU并行化，分别利用数据并行及直接显存渲染策略实现GPU加速；设计了两组实验进行测试，结果表明：1）GPU 并行对C解码过程具有明显的加速效果，且随数据量增长加速效果更加突出，加速比达15倍；2）受系统构建、数据传递等因素制约，GPU并行对C解码过程的加速效果与GPU性能呈正相关，但不呈正比；3）直接显存渲染优化策略可有效提高SDOG的GPU并行渲染效率，渲染速度可提高1．5倍。
虚拟展示系统的设计与实现摘要：该系统利用虚拟现实技术，在计算机中模拟再现展览的真实场景，系统基于osg开发，并集三维场景漫游、语音讲解于一体的虚拟场景展示系统。
文中分析了该系统的实现过程及整体结构。
为了保证交互系统的实时性，利用osg中感知器进行区域划分，提高了系统运行的速度。
关键词：虚拟现实虚拟展示感知器区域划分中图分类号：tp391.9 文献标识码：a 文章编号：1007-9416（2012）11-0161-02三维虚拟展示利用虚拟现实技术（virtual reality）再现展览的场景，虚拟现实强调沉浸感（immersion）、交互性（interaction）、构想力（imagination）这个三个基本特征[1]，vr是由计算机生成的、模拟人类感官的世界的实时表示，vr又称为“灵境技术”，它能够创建出逼真的三维虚拟环境，并使浏览者在视觉上产生身临其境的感觉。
目前，国内各种展销会和展览会举办的非常频繁，大到上海的世博会，小到一个公司的小型展销会，在这些展览会上各种新创意、新技术也都运用其中。
但是也出现了一些很棘手的问题，譬如上海世博会期间，人山人海，一个场馆单单排队就要好几个小时，这对参观者来说是一件非常糟糕的事情。
因为面对几十上百个场馆，人们并不知道该场馆中是否有自己感兴趣的内容。
这时如果在场馆外建造一些虚拟交互设备，人们可以在设备上简单的浏览三维场馆以及展出的内容。
这就给参观者节省了时间，使人们能利用有限的时间来参观更多感兴趣的展览，通过三维虚拟展示也可以给用户留下深刻印象。
1、虚拟展示与漫游系统总体分析1.1 需求分析场馆展览商需要建立一个虚拟的场景展示系统，该系统能够仿真真实场馆的展览情况，再现展览的场景。
操作者可以在展馆中自由的观看各个展位的产品，当走到某个展位时会弹出小窗口播放该展位的图文信息，能够自动为操作者导航。
1.2 功能分析通过展商的需求分析，本系统包含具体模块计划分如图一。
河北大学硕士学位论文基于OSG的虚拟现实碰撞检测及GPU并行加速姓名：刘京申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：王洪瑞2011-05摘 要碰撞问题是机器人、动画仿真、虚拟现实、计算几何、CAD/CAM等领域的关键问题之一，而实时性和精确性是衡量一个碰撞检测算法是否优越的重要标准。
尽管国内外已经对碰撞检测问题做了许多有意义的工作，但是随着计算机软硬件及网络等技术的日益成熟，尤其是GPU并行计算技术的快速发展，不同规模程度场景下实时而又精确的碰撞检测问题逐步成为当前研究的热点。
针对大规模复杂场景的碰撞检测问题，本文首先从场景渲染入手，在详细了解OSG 渲染引擎的场景组织方式、渲染流程之后，利用新一代的三维图形渲染系统的功能特性，搭建一个高效的基于场景图的河北大学新校区校园漫游系统。
进而在场景交互方面，通过深入研究基于图像的碰撞检测算法，提出了实时性更好的基于向指定平面投影、模板测试和深度测试的改进型图像空间碰撞检测算法，实现了虚拟校园漫游系统中对漫游角色模型与场景模型之间的快速碰撞检测。
同时引入GPU并行计算，调高了碰撞检测的效率。
对于更加注重于碰撞检测精度的虚拟手术仿真系统来说，本文在基于距离的碰撞检测算法基础之上，通过扫描线确定模型间潜在碰撞区域内的刨分顶点、自适应面刨分、构造刨分三角形、判断刨分点到刨分三角形之间的距离实现了骨锯模型和头盖骨模型间的精确碰撞检测。
该算法不仅能获得碰撞发生位置，还把碰撞区域局限在几个刨分顶点构成的多个刨分三角形之内，同时还继续引入GPU并行计算技术，优化了整个碰撞检测算法，缩短了计算周期。
关键词：虚拟现实碰撞检测 OSG GPU并行计算AbstractAlthough many researchers had done much meaningful work about collision detection, but along with the computer software and hardware and network technology fast developing, especially the GPU parallel computing technology, real-time and accurate collision detection problem with the different scale scenes has became a hot issues.For collision detection problems of large scale and complicated scenes, we firstly organized a virtual campus roaming scene of Hebei university using the function characteristics of new 3d graphics rendering system after in detailed understanding the organized way and rendering process of OSG rendering engine. Then through deeply studying of the collision detection algorithm based on image, designing a improved based on image collision detection with the designated planar projection, stencil test and depth test, realizing the collision detection between roaming role model and scene models of the virtual campus roaming system. Meanwhile introducing the GPU parallel computing, improving the efficiency of collision detection.For the virtual surgery simulation which more focused on collision detection accuracy. In this paper, after researched the collision algorithm based on distance, we competed through the scanning line to compute segmentation vertexes,adaptive surface dividing, constructing dividing triangles, computing the distance between segmentation vertexes and dividing triangles to judge whether skull model and bone saw had collided. This algorithm can not only get the colliding position, but also can confine the collision regional in some dividing triangles. Also we continue to introduce GPU parallel computing technology, optimize the collision detection algorithm, and shorten the computation cycle.Keywords： Virtual Reality Collision Detection OSG GPU parallel computing第1章 绪 论第1章 绪论1.1课题的研究意义1.1.1课题的研究意义自20世纪90年代以来，虚拟现实技术(Virtual Reality，简称VR)作为一种新兴的强大人机交互技术，一直是信息领域研究开发和应用的热点方向之一。
OpenSceneGraph（OSG）是一个用于创建开放三维图形应用程序的强大库。
在OSG中，碰撞检测是一个重要的功能，它可以帮助开发者创建更加真实和交互性更强的场景。
下面将介绍OSG中碰撞检测的基本原理。
OSG的碰撞检测主要依赖于两种方法：基于AABB（Axis-Aligned Bounding Box，轴对齐包围盒）的检测和基于形状的检测。
1. 基于AABB的检测：首先，对于场景中的每个物体，都会计算其AABB。
AABB是一个包围物体的大盒子，用于描述物体的形状和位置。
然后，使用一种称为八叉树（Octree）的数据结构对场景进行层次划分，使得在检测过程中能够更高效地遍历空间。
每当检测到一个碰撞，就根据碰撞位置与AABB的关系进行层次划分，使得碰撞检测能够在最短的时间内完成。
2. 基于形状的检测：除了使用AABB进行碰撞检测，OSG还支持基于形状的碰撞检测算法。
这种方法通常使用一个碰撞形状（如球形或锥形）来描述物体之间的碰撞特性，然后使用某种优化算法（如反向包围盒法）来减少碰撞检测的计算量。
当两个物体发生碰撞时，OSG将通过判断物体表面的点是否落在对方物体的包围盒内来进行判断。
如果是，则认为发生了碰撞。
为了判断这些点是否发生碰撞，OSG提供了API让开发者处理物体的法向量（normal vector），以便在检测到点碰撞时可以区分真实的物理碰撞（例如两辆车相撞）和视觉效果上的碰撞（例如墙壁和气球）。
此外，OSG还支持多种碰撞响应方式，如刚体动力学模拟、软体碰撞响应等。
这些响应方式可以根据实际需求进行选择和配置，以实现更加真实和灵活的碰撞效果。
总的来说，OSG的碰撞检测原理主要基于AABB和形状的层次划分以及优化算法，通过这些方法可以在大规模场景中高效地进行碰撞检测，从而实现更加真实和交互性更强的场景。
开发者可以通过OSG提供的API和文档来了解更多关于碰撞检测的细节和实现方式。
粒子系统模拟的单双GPU加速技术及其实现江顺亮;项阳刚;徐少平【摘要】采用CUDA架构对GPU进行编程,对粒子模拟过程中的邻域搜索方法进行了优化,采用并实现了一种基于非排序的邻域搜索方案.通过良好的任务划分和较少的数据交互,设计并实现了一种双GPU的模拟方案.结果分析得知:非排序的邻域搜索方案在粒子数低于10万时总模拟时间降低近50％,粒子数超过50万时降低12％,双GPU在粒子数超过50万时计算时间降低16％,且粒子数愈多性能愈好.【期刊名称】《南昌大学学报（工科版）》【年(卷),期】2014(036)001【总页数】7页(P90-96)【关键词】双GPU;粒子系统;邻域搜索;数据交互;CUDA【作者】江顺亮;项阳刚;徐少平【作者单位】南昌大学计算机科学与技术系,江西南昌330031;南昌大学计算机科学与技术系,江西南昌330031;南昌大学计算机科学与技术系,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】TP391.92传统意义上，GPU只负责图形的渲染工作，而CPU负责绝大部分的数据处理及计算。
随着科技的发展，人们对计算速度的要求越来越高，近来GPU的快速发展及其可编程性的不断成熟，使得CPU+GPU的异构编程模型逐渐成为高性能计算领域的一个热门研究课题。
已经在流体力学、图像处理、天文学等领域被广泛应用，并取得了良好的研究成果。
在粒子系统模拟领域，为了充分利用GPU的性能，采用多GPU[1-2]以及GPU集群[3]进行研究和探讨。
NVIDIA公司每年都会召开GPU技术大会(GPU technology conference,GTC)，NVIDIA公司也提供了一些粒子系统模拟的代码及其例子，本文的前期工作就是在这基础上做的[4]。
粒子系统模拟影响计算性能较大的是邻域搜索[5]，由于不同于CPU，GPU进行邻域搜索往往需要进行耗时的排序[5]，NVIDIA公司提供的粒子系统模拟代码采用这种方法[6]，Bayraktar等对这种方法进行了改进以便可应用于变密度模拟[5]，这些方法都需要进行排序；NVIDIA公司在其粒子系统模拟的文档[6]中给出了一种不需要排序的邻域搜索方法，但没有实施，本文采用这种方法并阐述了其具体实施过程和性能。
