大规模三维云实时模拟方法

针对虚拟环境中大规模三维云渲染开销大的问题,提出一种大规模三维云实时模拟方法.在云建模方面,利用Navier-Stokes流体力学公式模拟云的动态生成,提出一种基于八叉树的模型化简策略,减少了云模型粒子数;在渲染阶段,提出一种基于Cell的绘制更新策略,结合Impostor技术自动混合绘制三维云与Impostor,实现了大规模三维云的实时模拟.实验结果表明,该方法基于物理的方法模拟云,同时在绘制阶段根据视点的移动实时更新,效果逼真;与同类方法相比,基于Cell的绘制策略更新时计算量更小,有效地避免了绘制更新时常见的抖动和跳变问题.     

一种简化的流体方法快速仿真大型三维云场景

提出了一种改进的立体云模拟方法,用Navier-Stokes流体方程描述云的运动规律,同时考虑大气运动条件下云的特性,建立云的运动模型。在云的实时渲染方面,基于太阳光照方向和天气状况提出了一种简单的光照模型,大幅度地提高了云的渲染速度。此外,使用改进的环状Impostor技术来提高大范围云层的渲染速度。基于上述理论模型,利用实验室自主图形引擎开发了一套三维云仿真插件,广泛应用于各种实时仿真和科技娱乐项目中。该方法绘制的云具有规模大、真实感强、渲染速度快的特点。     

基于结构化粒子模型的云可视化应用

云数据的三维可视化模拟一直是计算机图形学和气象科学领域的研究热点。提出了基于WRF模式数据的建模与渲染技术,以实现真实云数据三维可视化模拟。针对粒子系统建模复杂、实时性差的问题,首先通过计算云粒子之间的相互关系建立结构化粒子模型,实现WRF云数据的建模;然后利用光照模型和公告牌技术对建模粒子进行光照渲染和三维模拟,同时结合Imposter技术提高纹理绘制速度和效果。实验仿真结果验证了该方法在提高云数据的建模与渲染速度,提高云三维可视化的逼真度方面的有效性。     

真实感云的快速建模

快速云建模便于真实的三维室外场景规划,提出概率场参数控制的元胞自动机方法近似模拟云生成的物理过程,生成云密度体数据,引入符合粒子运动规律的不规则布朗运动随机模型创建概率场,生成的云具有真实云的外形特征.所有建模过程在可编程图形硬件卡上实现,模拟速度满足交互式系统要求.引入考虑了太阳光和背景光的单次散射光照模型,利用光线投射直接体绘制渲染出三维真实感强的云图像.应用到三维虚拟地理环境中增强了场景真实感,建模绘制速度满足交互要求.     

三维实时云建模与渲染在工业仿真中的应用

在云建模方面,提出一种基于物理仿真和艺术可控性相结合的方法,利用Navier-Stokes流体动力学公式描述单一云朵的聚散和运动,通过盒子的堆积来描述云朵的初始轮廓,最终在盒子内部按流体动力学规律填充粒子生成三维云模型.为了满足实时性要求,在可编程图形芯片上求解Navier-Stokes等式,以便利用图形芯片的并行处理能力加快求解速度.在云的实时渲染方面,基于太阳光照方向和天气状况提出了一种简单的光照模型,大幅度地提高了云的渲染速度.此外,还提出一种改进的环状Impostor技术来提高大范围云层的渲染速度,并通过Shader编程的方法解决了应用Impostor技术到Alpha融合场景中所出现的问题.基于所描述的理论模型,利用三维图形API开发了一套三维云仿真系统,并广泛应用于各种工业仿真和科技娱乐展示项目中,取得了较好的效果.利用该方法生成的云模型具有真实感强、渲染速度快等特点.     

基于体绘制的三维云可视化研究

为了模拟逼真的三维云场景,该文针对现有模拟三维云的光照模型实现复杂、计算耗时、不能充分展示三维云物理特性的问题,提出了一种基于体绘制技术的改进光照模型的方法.基本思想是采用体绘制技术,把三维云分成粒子集,引入光线投影算法,通过对现有的多次前向散射光照模型散射次数进行简化和散射分布进行改进,然后运用VC++和OpenGL开发工具,直接从三维数据场中模拟光线在云内部与云中粒子相互作用的细节,实现了三维云的模拟.结果表明该方法实现简便,生成的三维云较好地展示了云的物理特性,达到了理想的可视化效果     

视频中的实时降雪与积雪模拟

雪景模拟,特别是基于视频和图像的实时模拟,在计算机动画、游戏和影视特效制作领域有着广泛的应用.但是现有雪景模拟方法中,计算机图形学方法的三维背景建模复杂,而图像处理的相关方法多没有结合背景信息.结合图形和图像的方法,提出基于深度图信息在视频或图像上模拟具有层次感的粒子系统降雪,并在背景图像上添加动态积雪的效果;为增强真实感,对雪花运动建模并实现实时风场;同时加入运动模糊、色调调整、雾气渲染等方式以改进视觉效果.实验结果证明,该方法渲染出的雪景十分真实,并且速度达到了实时要求.     

基于体绘制的动态云场景模拟

为了实现动态云场景的创建与绘制,文中提出一种基于体绘制的三维云模拟算法。算法用Perlin噪声干扰椭球模型,得到云场景区域内体素颜色的基本数据,然后对体素颜色进行软化模糊和添加阴影处理,建立绘制区域的云数据模型;同时通过ray casting对绘制区域进行体数据采样渲染,模拟出三维云的效果。仿真实验结果表明：该算法模拟出的云场景可让云形状颜色位置动态改变,也可让视点穿过云层,具有动态和交互效果,是一种可行的动态云场景模拟算法。     

三维动态云快速模拟的新方法

自然景观真实感的模拟是计算机图形学领域中的研究热点和难点之一.尽管人们对静态云的真实感模拟进行了大量的研究,动态云模拟的工作还比较少.动态云的快速模拟技术在计算机游戏动画、飞行视景仿真、影视广告等许多领域具有重要的应用价值.提出了一种三维动态云快速模拟的新方法.首先,在较低分辨率的网格上求解云运动的物理方程,获得动态云的速度场.然后,采用纹理漂移的方法来增加云的表面细节.通过充分利用GPU的加速性能,该算法可以达到较高的绘制速度.最后,对上述算法进一步优化处理,使其可以适用于多种硬件平台.     

基于重复纹理映射的动态云实时模拟研究

云是一种常见、普遍的自然现象,云的建模和渲染是计算机图形学领域的一个难点问题。利用重复纹理映射技术将多幅二维纹理图片加以组合,对三维动态云进行建模,通过瞬时对云进行平移、缩放等操作来模拟云的动态变化,进一步采用Alpha色彩融合技术模拟动态云的聚集、消散以及受到风力影响后云的形态变化等效果,通过采用多层重复纹理映射的叠加模拟层云,取得了很好的动态云模拟效果。所提出的动态云的建模方法简单,避免了大量繁琐的计算,提高了动态云的生成速度,满足了动画等应用场景中对动态云的实时性要求。实验结果验证了所提出的动态云建模方法和渲染生成方法的有效性。