声象一体化仿真

在现有计算机图形学技术和数字声音模拟技术的基础上，本文提出了基于同一物理模型的三维声象一体化仿真的思想。声象一体化是指，观众在面对屏幕上显示的三维厅堂图象的同时，能听到所在位置上的实际声音，在分析光与声传播相似性和差异的基础上，将时间因素与传统的辐射度算法相结合，提出了一种既适用于视觉再现、又适用于听觉再现的声象一体化生成统一算法，并将其应用到建筑声学领域和虚拟现实环境中，通过分析实验数据，提示了     

基于八叉树邻域分析光线跟踪的云三维模拟

针对目前三维云模拟绘制效率低、计算资源消耗大、绘制效果差等问题,提出基于八叉树邻域分析的光线跟踪算法,并用于WRF模式云数据的三维模拟。使用八叉树结构优化传统光线跟踪算法的数据存储结构,通过存储节点编码和划分层次改进邻域分析算法,通过简化光线的折射公式优化Whitted光照模型,借助OpenGL和Vapor工具实现云数据的三维可视化。实验结果表明,该方法降低了绘制时间,提高了渲染效率,更好体现了云的真实物理特征。     

Capturing the dance of the earth: PolarGlobe: Real-time scientific visualization of vector field data to support climate science

This paper introduces a streamline visualization technique that empowers PolarGlobe, an interactive, virtual globe-based, multi-dimensional scientific visualization tool to facilitate the observation and visual inspection of changes in the climate in real time. Specifically, this technique achieves effective visualization of vector-based earth science data through an automated data processing pipeline which integrates novel strategies including random seeding, finer-granularity parallelization and real-time rendering. The random seeding strategy allows for a vivid visual effect and an interactive framerate regardless of the spatial resolution in the raw dataset. The visualization algorithm is designed to be naturally parallelizable by partitioning the rendering tasks of unsteady vector field into multiple subtasks such that high-performance rendering can be realized. The platform is capable of taking either irregular or regular gridded data as input, and through the proposed data (re)projection pipeline, an automatic transformation of spatially enabled scientific data from the original data projection to the 3D globe-based virtual space is achieved. A series of experiments was conducted to identify the best configuration of rendering parameters to achieve the optimal rendering performance and visual effect. The results demonstrated the scalability and capability of the proposed PolarGlobe system to visualize big and unsteady vector flow data across different spatial and temporal scales. PolarGlobe implements former Vice President Al Gore's vision of a digital earth that enables scientists and citizens across the world to interactively study our planet. We expect the methods and techniques presented in this work to contribute significantly to both the scientific visualization and climate science communities.     

基于 OSG 的漫游系统的设计与实现

虚拟现实技术的提出,凭借真实的沉浸感、可交互性以及可构想性等这些优势,轻而易举地把现实世界通过计算机数字化中呈现出来。在城市建设、室内设计、工业设计、道路桥梁规划、旅游教学、房地产、古迹恢复、电力水利、地质灾害、虚拟校园等各个领域广泛应用虚拟现实技术,并对相应领域的发展产生了极大的帮助和推动作用。基于OSG的漫游系统正是基于此技术上的一项应用,该系统具备模型加载,点、线、面渲染,导航,漫游,雨、雪、雾特效,等功能。最终目标是希望实时呈现了一个逼真的、立体化的,能给人视觉、听觉、触觉感受的虚拟漫游系统。该漫游系统的实现有利于景区旅游资源充分开发利用,对广西师范大学建设规划具有重要的现实意义。同时,也是弘扬和传播广西师范大学校园文化的重要途径。     

Efficient and Accurate Sound Propagation Using Adaptive Rectangular Decomposition

Accurate sound rendering can add significant realism to complement visual display in interactive applications, as well as facilitate acoustic predictions for many engineering applications, like accurate acoustic analysis for architectural design (Monks et al., 2000). Numerical simulation can provide this realism most naturally by modeling the underlying physics of wave propagation. However, wave simulation has traditionally posed a tough computational challenge. In this paper, we present a technique which relies on an adaptive rectangular decomposition of 3D scenes to enable efficient and accurate simulation of sound propagation in complex virtual environments. It exploits the known analytical solution of the wave equation in rectangular domains, and utilizes an efficient implementation of the discrete cosine transform on graphics processors (GPU) to achieve at least a 100-fold performance gain compared to a standard finite-difference time-domain (FDTD) implementation with comparable accuracy, while also being 10-fold more memory efficient. Consequently, we are able to perform accurate numerical acoustic simulation on large, complex scenes in the kilohertz range. To the best of our knowledge, it was not previously possible to perform such simulations on a desktop computer. Our work thus enables acoustic analysis on large scenes and auditory display for complex virtual environments on commodity hardware.     

ROAM算法及其在地形可视化中的应用

三维地形可视化是GIS、计算机仿真、虚拟现实等领域中的关键技术之一,而基于多层次细节的实时优化自适应网格动态地形渲染算法（ROAM）凭借其简单性和可扩展性成为解决海量高程数据地形可视化的常用方法。本文详细介绍了ROAM算法的原理及其特点,进而针对实际应用提出对算法的改进,并进行了具体实现。实验结果表明,使用ROAM技术能
够真实地反映地形面貌。改进后的算法避免了ROAM对视点距离的敏感性,提高了运算速度,能够满足三维地形场景显示的应用需求。     

HVS：一种基于实景图象的虚拟现实系统

大多数的虚拟现实比试在于计算机图形技术,先由多边形构造虚拟场景的三维几何模型,再由计算机根据用户的观察点和观察方向实时绘制出用户所看到的虚拟场景,ＨＶＳ 另一种思路,由计算机自动拉接、变形与组织许多幅度散的实景图象或连续视频,生成虚拟场景,这种虚拟场人有照片质量的视觉效果,被我们称为虚拟实景空间,虚拟实时空间能为用户提供、后退、仰视、俯视、３６０度环境、近看、远看等漫游能力,运行它不需要高性能的图     

基于图像绘制的虚拟环境构建与漫游技术研究

虚拟现实是一个重要目标是用计算机构建逼真的视觉世界,使参与者漫游虚拟世界。传统上,其实现是用3D图形学进行几何建模和绘制,但有诸多不足,而基于图像绘制的实现虚拟实现系统的新方法,它克服了3D图形方法的缺点,本文提出了一个实现基于图像绘制的虚拟环境的构建与漫游系统框架模型。     

一种快速的基于物理模型的织物模拟

提出了一种基于物理模型的实时动态模拟织物的方法。模拟织物的运动一直都是虚拟仿真的重要课题，在电影、游戏和虚拟现实中大量用到，但是逼真的模拟往往需要高昂的计算代价。文章通过对织物物理和几何属性分析。构造出一个带约束的物理模型。使用一种自适应的迭代法，最大限度地利用了局部时间和空间上的模拟参数，大大提高了计算的效率。并根据织物的物理特性，优化共轭梯度法，综合各种算法的优点，不断优化算法。可以实时地并且精确地模拟织物的运动。     

森林场景可视化和林火模拟仿真技术研究综述

森林是生态环境系统的重要组成部分。随着气候变暖,恶劣气候气象条件造成全球森林火灾频繁发生,给国民经济和消防救援带来巨大挑战,森林火灾已成为全球主要的自然灾害。因此,森林场景可视化建模、3维场景仿真、林火模拟仿真、火场复现、预测和灾害评估成为林业虚拟仿真研究热点。本文对树木形态结构建模技术、森林场景大规模重建和实时渲染、森林场景可视化、林火模型和林火模拟仿真等前沿技术和算法进行综述。对相关的林木、植被的形态结构表达和真实感可视化建模方法进行归纳分类,并对不同可视化方法的算法优劣、复杂度、实时渲染效率和适用场景进行讨论。基于规则的林木建模方法和基于林分特征的真实场景重建方法对大规模森林场景重建技术进行分类,基于物理模型、经验模型和半经验模型对森林火灾的林火模型、单木林火、多木林火模拟和蔓延进行总结,对影响林火蔓延的不同环境气象因子（如地形地貌、湿度、可燃物等）和森林分布对林火发生、扩散和蔓延的影响进行分析,对不同算法的优劣进行对比、分析和讨论,对森林场景可视化和林火模拟仿真技术未来的发展方向、存在问题和挑战进行展望。本文为基于森林真实场景的森林火灾模拟仿真和数字孪生沉浸式互动模拟系统的构建提供了理论方法基础,该平台可以实现森林场景快速构建、不同火源林火模拟、火场蔓延模拟仿真以及不同气象影响条件的火场预测,可对森林火场救援指挥、火场灾害评估和火场复原提供可视化决策支持。     

卡通风格增强现实系统

增强现实技术将计算机生成的虚拟物体叠加到真实场景中.在传统的AR系统中,虚拟物体和真实场景视觉上存在较为明显的差异,达不到虚拟物体和真实场景无缝结合的要求.本文将增强现实技术与非真实感的绘制技术有机的结合起来,减小这种视觉差异,研究并实现了卡通风格的增强现实系统.     

Creating interactive virtual auditory environments

We survey sound rendering techniques by comparing them to visual image rendering and describe several approaches for performing sound rendering in virtual auditory environments.     

Augmented reality visualization: A review of civil infrastructure system applications

In Civil Infrastructure System (CIS) applications, the requirement of blending synthetic and physical objects distinguishes Augmented Reality (AR) from other visualization technologies in three aspects: (1) it reinforces the connections between people and objects, and promotes engineers’ appreciation about their working context; (2) it allows engineers to perform field tasks with the awareness of both the physical and synthetic environment; and (3) it offsets the significant cost of 3D Model Engineering by including the real world background. This paper reviews critical problems in AR and investigates technical approaches to address the fundamental challenges that prevent the technology from being usefully deployed in CIS applications, such as the alignment of virtual objects with the real environment continuously across time and space; blending of virtual entities with their real background faithfully to create a sustained illusion of co-existence; and the integration of these methods to a scalable and extensible computing AR framework that is openly accessible to the teaching and research community. The research findings have been evaluated in several challenging CIS applications where the potential of having a significant economic and social impact is high. Examples of validation test beds implemented include an AR visual excavator-utility collision avoidance system that enables workers to “see” buried utilities hidden under the ground surface, thus helping prevent accidental utility strikes; an AR post-disaster reconnaissance framework that enables building inspectors to rapidly evaluate and quantify structural damage sustained by buildings in seismic events such as earthquakes or blasts; and a tabletop collaborative AR visualization framework that allows multiple users to observe and interact with visual simulations of engineering processes.     

交互式虚拟内窥镜系统

计算机图形图象技术与虚拟现实技术应用于医学内窥镜系统,产生了虚拟内窥镜技术,为了将虚拟现实技术应用在医学图象处理方面,以方便医生进行虚拟手术与无创诊断,在综合利用各种计算机图形,图象技术的基础上,提出了完整的交互式虚拟内窥镜系统的框架,同时对系统结构和各种模型进行了分析和讨论,还针对系统的实时性和绘制结果的逼真性要求,提出了基于Object Cache和扩展的区域增长方法,并将其应用到医学图象处理当中,得到了较好的效果,该系统较好地解决了虚拟现实与可视化实时性和绘制精度两方面的要求,从而为医学图象可视化提供了有力的工具。     

基于OpenGL技术的隧道仿真系统的研究与开发

科学计算可视化、计算机动画和虚拟现实是现代计算机图形学研究的3个热点,其核心都是三维真实感图形的绘制。该文论述了隧道构造物的三维模型的建立,探讨了OpenGL的建模、光照、材质、模型变换、视点变换等技术在实现隧道可视化中的应用,并且通过具体的实例将工程隧道的三位场景形象直观地表现出来,具有很好的应用性。     

雷达最大探测范围三维可视化研究与实现

电磁信息可视化是虚拟战场环境中不可或缺的重要组成部分,而其中雷达信息的可视化尤其是雷达探测范围的可视化更为重要。文中对雷达探测范围可视化进行了探讨,给出了实现雷达最大探测范围三维可视化的方法。该方法综合考虑真实环境因素的影响,采用了抛物方程方法,最后给出了雷达最大探测范围三维模型的建立和表现方法。实验结果表明该方法不仅效率高,而且能真实直观地展现雷达最大探测范围。     

基于Shear-Warp算法的三维地震数据场体绘制

利用三维可视化软件包,采用Shear—Warp算法实现地震数据的模型可视化,并给出了具体算法流程。实验结果表明此算法可提高地震数据的体绘制速度,实现地震数据解释的实时交互式绘制,为地质勘探提供可视化依据。     

基于多体动力学理论的赛车游戏引擎的设计与实现

运动车辆的实时建模、动力学行为仿真是赛车虚拟环境中的重要组成部分。论文设计并实现了一实时赛车游戏引擎,在引擎车辆建模中提出了一种基于多体动力学理论实时逼真的赛车建模方法,对赛车的真实受力状况进行简化,模拟车辆的各种动力学行为和车辆运动的真实感绘制。并实现了引擎中的碰撞检测技术、音效处理技术、虚拟环境的实时绘制技术。增强用户漫游虚拟环境的沉浸感。     

基于图象绘制的虚拟现实系统环境

虚拟现实的一个重要目标是使用计算机生成逼真的视觉世界,使用户可以对虚拟世界的客体进行交互式考察．虚拟现实的实现有两种方法．传统上,用三维图形学的方法实行建模和绘制．此方法需要繁琐的建模和昂贵的专用绘制硬件,而且图形绘制的质量和场景的复杂性受到很大的限制．基于图象的绘制是实现虚拟现实系统的一种新方法．它克服了三维图形方法的缺点．本文在总结已有技术的基础上,提出一个实现基于图象绘制的虚拟现实系统模型,并据此模型实现一个实验系统及相应的图象工具．     

宽广视野虚拟环境漫游的设计与实现

探讨了宽广视野三维虚拟环境沉浸式漫游的系统结构和若干技术问题.系统使用多台微机及配套图形卡构成集群并行渲染,使用MPI(message passing interface)构成消息递送环境,使用开放源码的OGRE(open graph rendering engine)三维图形引擎进行场景渲染.实验证明系统开发成本低、效果满足应用需求,可广泛用于训练模拟、飞行再现、虚拟战场环境等视景仿真领域.