海浪实时生成技术研究

在分析和研究海浪特点的基础上,提出了一种动态海浪高度场的实时建模与绘制方法,其核心是现场的分割算法,该算法不仅具有良好的常速泻染属性,而且能支持实时动态连续分辨率海兴高采烈表面的建模与仿真,应用该算法生成的具有较高的真实感,又具有较快的绘制速度,满足了虚拟海战场景的需要。     

基于FFT的海浪实时仿真方法

针对虚拟海战场仿真需求,提出一种真实感海浪的实时仿真方法。在改进Gerstner波形的基础上,构建海浪的基本模型,推导出海浪的离散FFT模型,并通过采样波数谱提取FFT模型所需参数。仿真结果表明,该方法用于大面积海浪的实时仿真时,能获得高度逼真的动画效果。     

动态天空环境下的实时海洋渲染

提出一种用于对完整海洋环境模型进行实时渲染的方法,包括天空球、大气系统和海浪模型.天空球采用纹理扰动的方法实现了云层飘动;大气系统考虑了大气的散射和吸收效应;海浪模型采用简单的正弦波构造海浪表面网格,并利用bump map法向扰动方法实现了海浪表面的凸凹效果,海浪的光照计算是通过对天空球采样得到入射光,再根据镜面反射得到反射光.最后给出了通过GPU硬件加速的实现实例以及在海战模拟中的实际应用.实例表明:该算法实现简单、绘制效率高,具有较高的真实感.     

面向虚拟森林仿真的多层场景引擎设计

为快速绘制具有真实感的大规模虚拟森林场景,在分析虚拟森林场景仿真特点的基础上,提出面向虚拟森林仿真多层场景引擎的总体结构,对该场景引擎中的实时地形生成技术、地形模型的简化算法和渲染加速等关键技术展开研究,开发了虚拟森林仿真系统。应用结果表明,面向虚拟森林仿真的多层场景引擎有助于提高复杂森林场景的绘制效率,能较好地满足用户进行实时漫游和交互控制的需求。     

基于BIM与VR的空间设计仿真与应用

为进一步提升虚拟场景中的用户体验,基于BIM和VR技术进行空间仿真设计。其中,基于BIM和VR进行了虚拟场景的构建,并在虚拟场景中以编钟演奏测试为例,对场景中的碰撞检测算法进行了优化。实验结果表明,与改进前的碰撞检测算法相比,使用改进后的检测算法进行编钟演奏测试时,在单次敲击检测时间、敲击准确率、音效延迟、场景卡顿以及黑屏闪退测试上均表现出了更加优秀的性能,其中,在检测准确率上提升了15%。实验结果表明,经过本研究对碰撞检测算法进行改进,能够明显提升虚拟场景中的碰撞检测性能,进而提升用户的使用体验,可用于实际的应用场景中。     

增强现实中的光照一致性研究

增强现实中的光照一致性是确保虚拟物体和真实场景很好融合的关键,它能使计算机模拟出的虚拟物体与真实场景相融合后显得更加真实。因此需要根据真实场景中光照分布情况,对虚拟物体做阴影处理,从而消除虚拟物体的飘浮感。针对动态场景中的高实时性要求,对现有的光照估计算法进行改进,并应用聚类算法对光源进行筛选,较好地解决了动态环境下虚实场景的光照一致性问题。实验结果表明,采用所提出的改进算法,能够得到逼真的阴影视觉效果,同时系统具有良好的实时性。     

室外自然场景下的雾天模拟生成算法

为了通过单幅真实拍摄的图像生成一系列具有雾天效果的虚拟场景,提出了一种完全基于图像的室外自然场景的雾天模拟算法,该算法首先对图像内容进行语义分割,将不同的场景内容标签为天空、地面和立于地面上的物体等;其次针对不同类型的场景分别进行深度信息的解析;最后利用大气散射模型进行雾天的模拟与仿真,从而得到室外自然场景的雾天虚拟图像.理论分析和实验结果表明,该算法的效率仅与图像的分辨率有关,且生成的雾天虚拟场景具有视觉真实感.     

基于运动对象局部场景截取的碰撞检测算法

为了解决虚拟心脏介入手术系统中的碰撞检测问题,提出了一种基于运动对象局部场景截取的碰撞检测算法.通过实时构建运动对象的局部场景截取体,可以获取该对象周围的局部场景数据,有效地降低了碰撞检测复杂性.并且它对虚拟场景中埘象的形变属性没有特殊要求,可适用于虚拟环境中包含可形变对象的情形.通过虚拟心脏介入手术中的碰撞检测实验表明,碰撞检测频率达到500Hz以上,并能精确给出碰撞点和发生碰撞的基本几何元素等碰撞信息,可以满足虚拟心脏介入手术对碰撞检测的实时性与精确性要求.     

虚拟场景中碰撞检测实用算法研究

碰撞检测是虚拟系统中的一项关键技术，也是提高虚拟系统现实感的一个重要因素。许多算法对碰撞检测的精度进行了研究，但对一个大型的虚拟场景，碰撞检测的范围则是影响仿真速度的主要因素。该文在包围盒检测技术研究的基础上，根据大型虚拟场景的特点，提出了碰撞发生的局部性、主动性、相邻性的观点，由此给出了虚拟游览系统中碰撞检测的DS算法，通过在本单位虚拟战场仿真系统的应用及分析表明，该算法对提高虚拟系统的运算效率是非常有效的。     

一种复杂非直接光照场景的渲染算法

针对一类具有复杂非直接光照的场景,提出了一种称作Ercuts的全局光照算法。算法提出了虚拟点光源模拟ER采样路径的思想,首先使用双向路径跟踪初始化场景,再根据ER采样在每个像素处产生长度相等的Markov链,这充分利用了双向路径之间的相关性。算法还引入了一种加速虚拟点光源光照计算的方法,为场景中的虚拟点光源建立光源树,通过遍历光源树并控制误差上界来计算场景光照。实验表明,与传统的双向路径跟踪相比,算法在具有复杂非直接光照的场景中有较好表现。     

虚拟海洋场景中波浪的模拟

采用水波动力学理论,对随机海洋面在理想情况下海洋波面以及舰船在海洋中航行时所产生的浪花进行了分析,并建立了相应模型,根据计算机图形学的相关技术和波谱函数方程,生成了随机的海浪,运用粒子系统技术绘制了舰船航行中的浪花（艏浪,艉浪等）,为海战场视景图生成创建了一个较为副真的海洋虚拟场景。     

水下战场环境虚拟仿真系统

针对水下战场环境对海军武器装备战斗力的影响,研究并提出基于虚拟现实和可视化技术的水下战场环境虚拟仿真系统总体结构,建立系统仿真模型,以海洋环境主要特征参数和水声模型为基础,实现对海洋地理环境、水文环境以及水声环境的综合仿真和可视化分析,从而为水下战场环境的认知、模拟训练以及作战应用提供有效手段。     

虚拟漫游系统中调度算法的研究与实现

针对虚拟实景空间漫游系统中资源调度问题进行了研究，提出了相关算法，这些算法充分利用计算机的资源，合理地调度虚拟对象，能在漫游中平滑无延迟地浏览实景图像，算法已在软件中实现，效果较佳。     

基于分形的多分辨率三维海浪实时仿真

海浪的实时仿真与传统的计算机真实感图形的主要区别是,它将绘制的实时性和真实感同时作为衡量系统有效性的重要指标。论文跟踪了国内外海浪仿真前沿,结合具体的工程需求和软硬件环境,通过建立数学模型,基于海浪的分形特性,提出并实现了满足模拟飞行训练需要的多分辨率三维海浪实时仿真。在编程中,对实时性进行了研究并提出了相应的对策,较好地满足了实时性要求。文中提出的海浪实时仿真方法和关键技术,既可为模拟飞行训练提供一个虚拟海战场环境,又可为其它自然景物仿真提供经验和方法。     

一种虚拟人漫游虚拟环境的路径规划算法

提出了虚拟人在3D障碍环境中进行漫游的路径规划算法，该算法以虚拟环境的表示为基础，首先，把虚拟环境离散化为3D单元格，用八叉树表示由此形成的环境图。然后，用启发式宽度优先搜索算法进行路径规划，产生从初始位置到目标位置的最优路径，引导虚拟人对环境进行漫游，算法的可行性和有效性经过了实验验证。     

基于数字地球的虚拟海战场环境仿真

分析传统海战场仿真方法的不足,提出以数字地球平台为基础来实现大规模虚拟海战场环境仿真的思路,从基于数字地球的大规模海洋表面生成、三维战场实体嵌入以及利用想定驱动虚拟海战场环境仿真3个方面展开虚拟海战场环境仿真技术的研究,通过实验给出实际的仿真效果。     

基于Cardinal样条曲线的虚拟漫游路径优化

漫游路径不平滑和漫游相机视角方向固定是导致虚拟漫游沉浸感差的主要问题.基于此,提出一种基于Cardinal样条曲线拟合的漫游路径平滑过渡算法,解决漫游中由于漫游路径不平滑造成的视点跳跃问题;提出一种虚拟漫游相机视角方向动态更新算法,实现漫游相机视角方向沿路径方向动态更新,更加符合人们的观察习惯;最后,基于开源场景图形引擎(OpenSceneGraph,OSG)对上述算法进行了实现和实验验证.结果表明,基于所提方法生成的漫游路径平滑、漫游相机视角方向过渡自然,有效提高了漫游的虚拟沉浸感.     

基于OpenGL的虚拟漫游技术研究

以室内漫游系统开发为例,描述了基于OpenGL的虚拟漫游系统的构建过程,探讨了构建过程中3DS文件导入、OpenGL绘制、漫游控制和碰撞检测等一些技术问题.实验结果表明,该系统基本实现了三维场景的实时漫游,效果良好.