基于参数化L系统的植物结构模型可视化模拟

植物学家归纳出的植物结构模型,规定了植物形态发生的方式以及植物生长的最终结构.根据结构模型进行植物建模可以精确描述植物的结构特点,可视化模拟其生长过程.探讨了利用参数化L系统生成这些结构模型的方法以及基于这些模型的植物形态可视化模拟,给出了模拟这些结构模型所需的L系统的迭代公理和若干产生式参数.在模拟具体植物时,该方法可以方便、快速地生成植物的空间结构.     

基于二叉树的上下文相关L-系统实现

从底层数据结构的角度讨论了上下文相关L-系统实现中的几个关键问题.结合L-系统的语法,解释了以二叉树为底层数据结构的新系统设计机理,提出了生长方式树和生长状态树的概念,给出了新的数据结构形式下生长状态演化算法的实现.与采用线性数组实现的L-系统相比,新系统很好地模拟了L-系统本身的树形逻辑结构,简化了L-系统中上下文搜索的过程,在生长模拟环节有更高的时空效率,且具备更好的可扩展性.以虚拟植物生长为背景,介绍了如何基于新数据结构进行虚拟植物绘制和绘制优化,并通过实例验证了新算法的有效性.     

基于Java3D的水稻形态可视化试验

为了探究利用Java3D进行虚拟植物可视化的可行性,本文以水稻为研究对象,提出水稻主茎器官的可视化数学模型,在此模型基础之上,利用Java3D编程构建基于器官形态特征参数的三维空间模型。考虑到具体模型的自然形状,进行了相关简化。首先基于一元二次方程y=ax~2+x模拟叶片的叶脉曲线,然后叶片则基于正弦曲线进行模拟,稻穗粒采用圆锥型进行简化模拟,稻穗杆和茎杆均用圆截面柱体进行模拟。结果表明:利用Java3D可以实现对水稻茎杆-叶片-稻穗的个体三维形态的可视化,从而为构建水稻可视化生长模型奠定了一定的技术基础。     

植物器官可视化建模系统的设计与实现

植物器官的真实模拟和可视化表达,对虚拟植物的研究和应用具有重要的意义.针对目前虚拟植物系统多专注于整株植物模拟的现状,以Visual C++6.0为开发平台、OpenGL为三维绘图工具,利用通用的算法和面向对象的结构设计方法,开发了适用于植物器官的可视化造型系统,完成了对叶片、枝茎、花朵和果实的三维可视化建模.分析了系统的开发需求,简述了系统的总体结构及基本功能,论述了系统设计与实现过程中涉及的关键技术,并给出了系统的界面以及实现的一些典型效果图.     

自然场景中三维植物的建模

三维植物建模是虚拟自然场景生成过程中的关键问题之一,而植物建模主要考虑分枝结构和叶子这两个重要因素.通过将曲线细分思想引入到上下文相关的L系统推导规则中,并改变传统的线性数组字符存储结构,提高了L系统分枝建模过程的真实感和计算效率;同时在植物叶子造型中采用轴变形方法和纹理映射技术,提高了植物叶子造型的真实感.在此基础上给出了改进的植物生长状态演化算法,并给出了实验算例.     

基于双尺度自动机的玉米拓扑结构模型研究

植物的拓扑结构模型研究是虚拟植物生长中的重要研究内容。基于植物生长机理构建的植物拓扑结构模型,更适合模拟真实植物的生长过程。本文通过对玉米形态结构特征的分析,应用植物发育过程的概率模型,建立了一种基于双尺度自动机的玉米拓扑结构。该模型结构简单,形象直观,符合玉米的牛理牛长规律,即体现了玉米的动画生长过程,又实现了其真实感碾示过程。     

基于IFS的荷叶叶脉纹理算法

结合植物形态学与计算机图形学,以分形理论为基础,对植物重要器官叶片的叶脉纹理进行研究.荷叶叶脉呈发散状,有很强的自相似性,具备分形特征.通过对荷叶叶脉属性的观测统计,总结出荷叶叶脉的形态规律.根据统计结果得出荷叶叶脉结构的IFS码,以线为初始单位并扩展到荷叶的面结构,用三次参数样条曲线绘制叶边缘轮廓,实现了对荷叶叶脉的较为形象的模拟.结果表明此算法比通常的算法更适用于具有分叉结构的叶脉纹理的绘制.     

基于C++AMP的两相并行SPH 流动模拟

随着多相流技术在石油工业的地位的提高,对多相流动数值模拟的要求也随之提高。传统的基于网格的数值方法如FDM和FEM处理运动交界面位置时十分困难,近些年兴起的无网格方法则善于处理该类问题。SPH是无网格方法中一种较为成熟的方法,相比其他无网格数值方法,基于粒子构架的性质使得SPH法在追踪相间边界的移动变化上有天然优势。为提高程序效率和数据处理能力,对SPH两相流动模拟进行了并行化处理,并行手段为在GPU上使用C++AMP技术。GPU有利于计算流体动力学方法的并行化处理,与传统异构计算技术如CUDA和OpenCL相比,C++AMP在GPU上的并行处理无需预编译,更加简便。通过算例对串行和并行SPH两相流动模型进行了比较,结果表明,并行后的程序有显著的效率提升。     

微电子芯片层叠封装制造工艺过程的有限元模拟

提出一种模拟层叠封装制造全过程的有限元方法,用于评估芯片应力和翘曲变形情况,为层叠封装设计和提高成品率提供工具.建立了层叠封装3维有限元模型,考虑了温度对材料属性和模塑化合物收缩的影响,并采用单元生死技术实现了各工艺步间的无缝连接,分析了封装在加工工艺过程中的应力分布以及翘曲的连续演化情况.结果表明,给出的方法可行有效.     

水稻生长可视化模拟系统的设计与实现

针对目前国内外虚拟作物的研究现状,在Windows平台上,使用OpenGL图形接口,采用面向对象编程技术,设计并实现了一个集水稻形态模拟及可视化、场景动态渲染、水稻生长动画等功能的三维结构可视化模拟系统原型.首先结合水稻的空间结构特点,基于参数化L系统,在器官尺度上模拟了单株水稻的拓扑结构.在此基础上,结合水稻的生长特性,构建了水稻生长的有限状态自动机模型,实现了对水稻动态生长过程的可视化描述.简述了系统的总体结构及基本功能,论述了系统设计与实现过程中涉及的关键技术,并给出了系统的界面以及实现的一些典型效果图.     

虚拟阔叶植物的建模及仿真

针对以往研究中植物建模主要集中在对植物器官静态结构的仿真,通常会忽略树叶或花瓣的厚度问题,本文根据阔叶植物的自然属性,利用植物的茎枝和叶片结构的相似性,采用具有厚度信息的3D叶片建模方法,通过叶片平行脉位置方向的弹性约束关系来有效控制叶片的动态仿真。实验表明,该方法仿真效率高且仿真结果较为真实。     

Forecasting display technique of human in network virtual environment

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城市给水管网交互式虚拟仿真平台研究

为克服了传统二维和三维模型结果显示的缺点,应用虚拟现实技术对城市给水管网进行分析研究,建立给水管网视景仿真平台,形成城市给水管网系统研究的新方法.通过给水管网虚拟场景与给水管网数学模型的有机集成,实现虚拟场景中给水管网的交互控制和计算结果的可视化显示.建模过程中将虚拟场景中实体按照相关图集绘制,保证模型具有较高精度,并通过相关算法对模型进行优化.本文通过程序设计建立了城市给水管网交互式虚拟仿真平台,实现了城市给水管网视景仿真系统.该平台不仅具有高度的逼真性,而且具有沉浸性、交互性的特点,用户可以直观的观察到深埋地下的给水管网,对给水管网进行交互控制,对管网工况进行可视化分析.     

应用GPU编程的水声对抗视景系统关键技术

针对水声对抗复杂环境的实时细致再现问题,应用图形处理器(GPU)编程技术,基于开放场景图(OSG)视景引擎研究开发了一套通用的视景仿真系统.设计了系统的体系结构和场景组织,利用投影网格模型和GPU上快速傅里叶变换的方法生成海浪网格;采用纹理映射技术实现了海面的反射和折射效果;并实现了海底的光束、浮帘粒子和模糊效果;依据后续渲染技术模拟了场景的高动态范围(HDR)效果;基于FMOD音频引擎开发了OSG声音节点类,实现了物体三维声音、事件声音和背景声音的播放;基于多播组通信方式,提出了一种同步性较好、可自由拼接和拆分的多通道组合显示方法.实际应用结果表明,该系统具有较好的实时性和更好的显示效果.     

一种面向多拓扑类型请求的虚拟网络映射算法

虚拟网络映射问题是网络虚拟化研究中的核心问题之一,其主要目标是将虚拟网络请求高效地映射到底层物理网络上. 针对面向多拓扑类型请求的虚拟网络映射问题进行研究,提出了节点连通性模型和通用底层物理网络节点评价模型用以判断节点映射的优先次序,在此基础上设计了一种复合型虚拟网络映射算法,在映射过程中通过识别虚拟网络请求的拓扑特征调用相应的映射子算法完成网络映射. 仿真结果表明,该复合型映射算法获得了较高的虚拟网络请求接受率和网络收益开销比,整体上提高了虚拟网络映射性能.     

CATIA环境下船舶机舱虚拟环境的构建

在CATIA环境下,探讨了基于虚拟样机的船舶主动力装置机械领域仿真及其实现方法,完成了主动力装置部件三维实体建模。用视景生成、三维建模及纹理映射基础理论,实现了CATIA环境下基于虚拟样机的船舶主动力装置机械领域仿真。主要包括：部件建模、纹理贴图及材质处理、虚拟环境的构建,并以实船的动力装置设计为实进行了验证,构建了机舱虚拟环境。     

3Ds Max与VRML在机械产品虚拟设计中的应用

虚拟设计是数字化建模与仿真技术的综合应用,在机械产品真实制造出来以前,通过数字化虚拟模型来模拟和预测产品在特定环境中的工作状况,通过运动和动力学仿真分析,发现设计中的缺陷,尽早修改设计方案。文章详细论述了利用3DsMax建立产品数字化虚拟模型和通过VRML编写脚本程序实现产品基于网络的交互式运动和动力仿真分析的方法。运用该方法成功地构建了基于网络的齿轮减速器动态仿真系统。     

基于OpenGL和双三次贝塞尔曲面的稻叶可视化建模

近年来,虚拟作物的研究正逐步成为国内外数字农业研究的热点之一.叶片是水稻进行光合作用、营养物质生产与传输的主要器官,因此稻叶的精确模拟,对建立数字水稻模型具有重要的意义.利用系统分析方法和双三次贝塞尔曲面建模技术,首先分析不同时期水稻叶片的形状及参数,然后确定水稻叶片的控制点,通过控制点的空间坐标实现稻叶的卷曲,弯曲,扭曲,动态生长等,最后实现水稻叶片的可视化模拟.     

虚拟环境下的直线度公差表现形式的研究

公差对于实际加工零件的装配十分重要。在现有工厂CAD加工图纸中,公差只被限定在一个约束范围内,公差信息缺乏有效、合理的表现。结合现有数学模型,在虚拟现实环境下,通过ADAMS虚拟振动分析、Deform虚拟高速车削加工仿真和MATLAB图像仿真,描绘出实际加工中直线度的真实变化曲线。为进一步装配提供参考。     

植物三维结构参数化建模系统的设计与实现

基于植物生长规律及其拓扑结构特点，将参数化绘图技术应用于植物三维结构仿真，以提高植物拓扑结构生成的速度．在Windows平台上，使用OpenGL图形接口，结合植物三维形态建模实际需要，采用面向对象编程技术，设计并实现了一个集植物形态模拟及可视化、场景动态渲染、植物生长动画等功能的植物三维结构可视化模拟系统．重点介绍了参数化建模原理、L系统算法的改进、各种植物构造模型的模拟、系统的模块设计及用户界面的实现，最后给出了系统应用的具体例子．