基于GPU粒子系统的大规模场景高效雨雪实时模拟

粒子系统实现的雨雪效果能有效增强三维场景的真实感,传统基于中央处理器（CPU）运算模拟的粒子系统占用了大量CPU运算时间,难以达到实时模拟的要求。为此提出了一种基于图形处理器的（GPU）运算的粒子系统来模拟的雨雪场景。该方法通过在GPU中重复使用消亡粒子在视点坐标系内生成新粒子,并在几何着色器中将粒子的点坐标转换为矩形坐标,将CPU从复杂庞大的几何运算中解放出来,从而大幅增加了场景绘制的微粒数,使雨雪场景模拟的实时性和逼真度得到增强。     

基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟

基于粒子系统的雨雪模拟大幅提高了三维场景的真实感,但传统的基于中央处理(CPU)的粒子系统的渲染效率难以达到在大规模场景中进行雨雪渲染的要求.为此,提出了一种基于GPU的粒子系统来渲染雨雪场景的算法.该算法在视点前的一个固定区域内产生和绘制粒子,在顶点着色器中进行粒子属性的更新,在几何着色器中将粒子从点扩展为矩形,并对每一帧中的粒子的属性进行缓存处理,保证了粒子属性更新的连续性.此外,采用多幅雪花纹理与粒子随机组合,使雪花效果符合多样性和随机性.实验结果表明,该算法能在大规模场景中进行雨雪效果的实时渲染,并有较高的真实感.     

基于GPU和粒子系统的三维火焰模拟

基于粒子系统的火焰模拟是可视化仿真中的一个重要环节。目前,一些火焰模拟方法中的不足之处在于粒子计算时间长、渲染效果不真实等。基于粒子系统提出了一种三维火焰模拟算法,并利用GPU加以实现。其基本思想是运用物理动力学原理分析现实生活中的火焰运动,构建出火焰粒子系统模型并实现火焰的三维效果。实验表明,用该方法模拟火焰效果比较真实、速度快,在PC上可以得到令人满意的效果。     

基于GPU的粒子系统的实现技术

为了提高大规模粒子系统绘制的实时性,在研究图形处理器(GPU)的编程架构和可编程接口基础上,实现了基于GPU的粒子系统.采用新的算法在GPU上完成了粒子系统与场景中其它物体的碰撞检测.与在CPU上实现的粒子系统相比,该系统在处理大规模粒子系统时,具有明显的速度优势.     

基于汽车驾驶模拟器的实时雨雪效果模拟

针对传统粒子系统模拟动态景物不能兼顾系统的真实性与实时性,提出了一种实时雨雪特效模拟算法。该算法采用LOD技术,根据视点与粒子距离对雨雪进行分级,每级粒子进行不同的层次细节描述,同时引入着色器,充分利用GPU图形流水线的可编程性,将粒子系统的存储和运算交由GPU完成。将该算法应用到基于OSG图形开发包构建的汽车驾驶模拟系统中,仿真结果表明,该算法可以生成逼真的视觉效果,同时满足系统实时性的要求。     

一种基于GPU的粒子系统火焰模拟

针对传统火焰模拟耗时、模拟真实性不理想这一问题,提出了一种借助GPU(图形处理器)高通用计算能力进行并行模拟的粒子系统火焰模拟方法.该方法采用基于方位角和仰角的粒子散射器、基于层流火焰轮廓计算公式的火焰外形计算及通过拉格朗日插值方法平滑火焰骨架线等手段提高了素流火焰的模拟真实度.在提高性能方面,该方法使用全局存储空间存储粒子信息,避免了因使用纹理存储而产生的反复绑定的开销,同时结合GPU强大的通用计算能力,通过采用CUDA(计算统一设备架构)编写的并行算法,实现了基于GPU的拉格朗日插值并行求解及并行计算、更新粒子属性,并就如何确定块内线程数量作了论述.实验结果表明,该方法满足了火焰模拟的真实性和实时性要求,且较传统方法有很大的提高.     

粒子系统在虚拟校园中的应用研究

为了增强虚拟校园漫游系统的逼真程度,在分析粒子系统基本原理的基础上,利用视景仿真工具Vega特效模块中的自定义粒子系统功能,在虚拟校园中实时的模拟出雨雪特效.通过对粒子系统中雨雪粒子模型的属性分析,模拟出不同程度大小的雨雪效果,使用户能在不同天气环境下实现校园漫游,从而大大提高了虚拟校园三维场景的真实感.实验结果表明,基于粒子系统和Vega的雨雪模拟,能够有效应用到虚拟场景中,并且使其具有交互性好、真实感强的特点.     

一种基于GPU的粒子系统

粒子系统在当今不定形物体仿真中已经得到广泛的应用,但是普通的粒子系统在实时仿真中,粒子总数最多只能达到10000个左右,其中瓶颈在于粒子数据从主处理器到图形硬件的传输和CPU的并行处理能力。文章研究并实现了一种完全基于图形硬件(GPU)的粒子系统,利用GPU的多通道并行处理功能,提高处理速度,可以很大程度地增加粒子系统实时仿真应用中的粒子数量,从而可以提高虚拟环境的逼真程度。实验证明基于GPU的粒子系统的实时性能远远高于普通粒子系统。     

GPU加速分子动力学模拟的热力学量提取*

近年来,统一计算设备架构(CUDA)的提出和图形处理器（GPU）快速提升的并行处理能力和数据传输能力,使得基于CUDA的GPU通用计算迅速成为一个研究热点。针对含有大规模分子动力学模拟的热力学量提取效率低下的问题,提出了分子动力学模拟的热力学量提取的新方法,利用CUDA设计了并行算法,实现了利用GPU加速分子动力学模拟的热力学量提取。实验结果表明,与基于CPU的算法相比, GPU可以提高速度500倍左右。     

GPU支持下基于粒子系统编辑器的特效技术研究

针对粒子系统在计算机游戏特效设计过程中所存在的控制精度不高、运算量大等问题,提出了一种通过粒子系统编辑器生成粒子并基于GPU进行实时渲染的方法.使用粒子系统编辑器能有利于提高粒子系统制作的可控性,而基于GPU的仿真绘制则能够提高大规模粒子系统渲染的实时性.实验证明,GPU支持下的可编辑粒子系统能有效提升计算机游戏开发中...     

可扩展的实时自然景物模拟算法

针对传统的粒子系统实时仿真存在只能针对单一自然景物模拟、计算耗时、图像不真实、算法复杂等问题,提出了一种基于粒子系统和图形处理器（GPU）加速通用可扩展的自然景物模拟算法。在该算法中,粒子的物理运动计算过程和渲染阶段完全由CPU转移至GPU,可以增加粒子数量和提高渲染速度;同时,在渲染过程中,可以较好地利用硬件支持的粒子图技术来改善渲染中粒子的外表,选择不同纹理,从而能够较方便地模拟不同的自然景物。最后,在GPU上实现了雪花、喷泉、烟花、瀑布等模拟,算法充分利用了GPU的多通道并行处理性和可编程性,提高了自然景物模拟的实时性,可运用于虚拟现实系统。     

基于粒子系统的飘雪场景实时绘制

为了实现真实感飘雪场景特效,提出基于GPU加速的飘雪场景实时绘制方法。飘雪场景作为自然环境特效的一部分,一直是虚拟现实领域研究的难点。详细阐述基于GPU加速的飘雪场景实时绘制方法,包括雪粒子的产生、初始化、属性更新、沉积计算、消亡、绘制等过程。给出实验结果与分析,包括飘雪场景、飘雪效果、飘雪沉积等实验。实验证明,该方法是可行有效的。     

基于粒子系统与LOD技术的实时雨雪效果模拟

在虚拟场景中加入雨雪的效果可以大大增加虚拟现实的真实性.粒子系统是模拟雨雪效果的有效方法,但是数量众多的粒子却增加了场景中的顶点数目,给仿真增添了许多困难.通过对粒子系统与LOD技术的深入研究,提出了一种新的应用于大规模场景的雨雪模拟实时算法.该算法的基本思想是结合粒子系统,根据人体视觉深度原理,采用LOD技术,根据粒子与观测点的距离对雨雪的密度进行分级,并对粒子发射器进行优化,提高粒子的利用效率,达到高效仿真的效果.     

3DGIS环境下雨雪天气实时仿真

3D GIS最重要的特征之一就是虚拟现实表现,其本质是可视化技术与GIS数据库的整合,以满足各种应用如生态农业、灾害预测等方面的需求。以GIS数据库的环境数据和气象数据为基础,通过对雨雪的效果模拟,将GIS气象数据以实时的可视化形式逼真地表现出来。实验方法采用粒子系统,对单个点元赋予利用Photoshop制作的大面积纹理,这样采用的粒子数减少到普通粒子系统的十分之一,渲染速度为普通粒子系统的十倍以上,以较小的系统资源消耗达到了更加实时逼真的效果,对雪的动态堆积和雨水地面效果采用GPU加速3维渲染,原型系统同时能接受用户对实验环境如粒子纹理、雨雪量的设置。提出根据气象数据进行天气模拟的自适应策略,从而更加适应实际应用需要。     

基于粒子系统的实时降雨、降雪模拟

基于粒子系统理论实现了虚拟环境中降雪、降雨及其在风场中的模拟。首先阐述了粒子系统的基本模拟原理,对在风场影响下的雨、雪特征进行描述与分析,提出了雨、雪模拟的整体思路,结合降雨、降雪的特点和空气动力学理论对雨、雪进行了模拟。改进四点水波纹线性模拟算法,采用八点水波纹线性算法模拟雨滴落入水面形成的水波纹,应用雾化因子实现降雪环境的模糊问题。     

虚拟环境中池塘雨景雪景的构造与绘制

虚拟环境中的池塘雨景、雪景能增强人在虚拟环境中的沉浸感.如何对雨滴、雪片的运动建模,以及怎样实现其在计算机上的动态模拟,是室外仿真领域需要解决的重要问题.在粒子系统中引入粒子的运动模型,通过修改运动模型中粒子质量、风速和风向等关键参数的取值,实现了在不同风吹动条件下雨滴、雪片随风飞舞的实时模拟;同时通过对雨滴、雪片下落位置的判断,在其与池塘水面的接触点,利用特殊的幅度值平均算法实现了池塘水面受到粒子扰动后所产生的波动效果;最后通过读取外部模型参数的信息,生成了池塘周围的辅助景观.绘制的结果证明这些构造和绘制方法是有效可行的.     

农业场景中下雪和积雪的实时模拟

下雪和积雪是农业场景中常见的自然现象.提出了一种下雪和积雪过程模拟的方法,算法采用粒子系统对雪粒子建模来模拟下雪过程,同时加入了风吹的效果.在模拟积雪时,通过在地面和屋顶构造一层三角形网格来保存雪的堆积信息,避免了保存雪粒子作为积雪实体的内存开销,同时考虑了雪飘落过程中与温室墙壁的碰撞检测.在渲染时,采用了平均法向量和混合顶点颜色的方法来获得平滑的效果.模拟结果表明,该方法能有效地再现农业场景中下雪和积雪场景,在满足实时交互漫游的前提下表现出较强的真实感.