基于变形粒子系统的林火可视化技术研究

林火是一种常见的、危害极大的森林灾害.通过可视化手段研究林火的发生、发展的过程具有重要意义.文章分析了近几年来国内外对火焰模拟与可视化的技术发展,根据林火自身的燃烧机理,提出了基于变形粒子系统的林火火焰的可视化表达方法.该方法用不规则的几何图形来代替图元或像元作为基本粒子,加快绘制速度,并通过求解粒子在不同空间分布上的温度获得粒子的颜色和亮度.仿真结果表明,利用该方法可以快速生成逼真的带有烟雾的林火,并能较好地满足林火的实时绘制需要.     

实时爆炸效果的真实感模拟

文中给出了一个利用粒子系统模拟爆炸效果的实时生成算法。爆炸时产生许多大小不一的碎片 ,用粒子系统来模拟这些碎片时 ,考虑到图像的绘制和实时动态效果 ,采用了两级粒子的方法 ,并利用OpenGL编程实现 ,得到了比较真实的三维效果。     

基于OpenGL与粒子系统实现三维喷泉模拟

喷泉、瀑布、火焰、水流、雨、雪等自然景物具有不规则性、动态性和随机性,模拟十分复杂。模拟自然景物的方法有两种:基于物理建模技术的方法与基于粒子系统建模的方法。运用粒子系统建模方法分析了喷泉水体模型,研究了喷泉水珠粒子产生、运动和消亡的机理,构建出三维喷泉粒子系统模型。采用了三维立体显示技术和纹理映射技术增强喷泉绘制过程中的渲染和真实感。基于OpenGL,采用Visual C++6.0编程实现了三维喷泉模拟。实验结果表明,该方法模拟效果真实,在普通的PC平台上即可满足一般动画的实时需求。     

基于多级粒子系统和新粒子形状的尾焰绘制*

针对目前大规模场景中导弹尾焰等特效绘制计算量大,导致系统实时性差等缺点,给出了一种基于多级粒子系统和新型粒子形状的尾焰绘制方法,在用三角函数勾画出轮廓后,对外部采用圆周发射新形状的粒子,内部采用特殊单面片作为基本粒子形状且用直线运动代替曲线运动,并采用了LOD结合GPU的粒子系统技术,在不影响真实感的情况下减少了计算量,有效提高了大规模场景中尾焰特效绘制的逼真度和实时性。     

动态浓烟建模与实时绘制技术研究

基于气体动力学和粒子系统理论,本文给出了一种实时生成动态浓烟的方法。算法以球为基本粒子对烟进行造型,采用动态纹理映射技术和透明度扰动方法,来模拟烟的浓淡变化,采用简化物理方法,来描述浓烟的运动。与传统的粒子系统和随机湍流运动模型相比,该算法既正确模拟了烟的行为,又降低了计算复杂性,真实再现了动态浓烟的视
视觉效果。     

基于纹理映射和粒子系统的三维喷泉实时模拟

将纹理映射和粒子系统理论相结合,给出一种基于粒子系统的喷泉系统模型,同时分析模型中粒子的属性及其变化,加入风力和阻力等粒子属性,绘制三维喷泉系统,实现粒子在复杂受力情况下的实时动态模拟.实验结果表明,该方法不仅有效地保证了图像的真实感,而且提高了系统的灵活性和实时性.     

视景系统云层的特效模拟

如何对云层进行建模和渲染是计算机图形学研究的热点问题.尤其是在飞行仿真系统中,云层的显示效果对于飞行模拟和飞行训练来说是非常重要的.Reeves提出的粒子系统是模拟云层的一种有效的方法.在分析粒子系统实现原理的基础上,提出了一种在天空场景漫游系统中实时地绘制云层的方法.基本思想是采用粒子系统建立云层的3D模型并进行渲染制,结合纹理映射、光照模型来实现逼真的云层模拟效果,同时采用Billboard技术以及Impostor技术来提高系统的实时性.实践证明,该方法实现的云层效果比较真实,而且在普通的PC机上也可以满足一般的实时性要求.     

基于Direct3D 10的粒子系统的烟花效果

粒子系统是3D技术中模拟不规则运动物体的一种有效方法。为了模拟出具有实时性和逼真效果的烟花,文中利用硬件加速绘制技术和粒子系统进行烟花模拟,在Direct3D 10的着色器中实现粒子系统的类型变换和属性更新过程。利用几何着色器、流输出、实例化和布告栏等技术,结合曲线数学模型,使用两个technique,分别用于更新粒子系统并进行流输出处理和用于绘制粒子系统到屏幕,模拟出具有三叶草、四叶草和8字形等不同形状及这些形状叠加效果的烟花。实验表明,该方法达到了实时性要求。     

基于粒子系统的8字动态烟花仿真

动画仿真问题的研究,是为实现图像逼真实时,采用粒子系统是一种能够有效仿真不规则物体运动的图形生成算法,因上述方法具有灵活性、适应性等特点,被广泛应用在不规则物体运动的仿真中.为了对有形烟花的燃放进行仿真,根据粒子系统的基本原理,对烟花粒子系统的模型和燃放原理进作了深入的研究,对传统的烟花仿真模型进行了改进.采用粒子系统仿真方法,在Vc++和0penGL开发工具上,用纹理映射、色彩混合等技术,设计并对8字动态烟花进行仿真.实验结果表明,在夜色背景下产生的8字烟花形态逼真,实时性较好.     

OpenGL中基于粒子系统雷达扫描实时模拟

雷达扫描模拟是战场态势视景仿真研究领域的难点之一。提出了一种基于粒子系统的三维雷达扫描实时模拟方法,结合雷达扫描的规律性,对传统粒子系统模型进行改造,用点元绘制雷达余辉粒子。并运用OpenGL图形库在PC机上实现了雷达扫描的实时模拟。实验结果证明该方法满足逼真性和实时性要求。     

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。     

云的动态实时仿真技术研究与实现

云的建模和渲染是计算机图形学领域的一个研究难点，对其研究有着重要的现实和理论意义。该文从建模方法、光照模型、绘制效率三个方面对云的生成仿真系统进行了研究。提出了CA与粒子系统相结合的建模方法。对于光照模型，该文分析了云的光学特性，在单一扩散光照模型基础上提出了一种模拟多重光照的简化公式。该文还运用LOD技术、提前中断技术以及空间分割技术有效地提高了云的绘制效率。另外对上述方法的具体实现也进行了一定的描述。     

基于OpenGL的烟花粒子系统设计

阐述了粒子系统的基本原理,对烟花粒子系统的基本模型和燃放原理进行了深入的研究,设计并实现了一个基于VC++和OpenGL的烟花粒子系统。结合纹理映射和BillBoarding技术,使得系统具有一定的通用性。利用OpenGL显示列表(DisplayLists)方法绘图,优化了程序运行的性能,产生的烟花形态逼真,具有真正的三维效果,基本上达到了实时性要求。     

基于硬件加速和粒子系统的实时喷泉模拟

喷泉效果可以增强三维场景的真实感。论文用粒子系统作为喷泉建模的方法,通过动力学原理模拟水流的运动,对水流中粒子的运动采用循环式的重复使用,从而大大提高程序运行效率。利用Direct3D对粒子绘制的支持,通过Shader编程充分挖掘GPU的处理能力,并对水珠粒子进行多样化的高效绘制。通过CPU与GPU相互结合的方式,既保证了喷泉效果的真实感,又有较高的运行效率,也能满足系统实时性的速度需求。     

GPU-Assisted High Quality Particle Rendering

Visualizing dynamic participating media in particle form by fully solving equations from the light transport theory is a computationally very expensive process. In this paper, we present a computational pipeline for particle volume rendering that is easily accelerated by the current GPU. To fully harness its massively parallel computing power, we transform input particles into a volumetric density field using a GPU-assisted, adaptive density estimation technique that iteratively adapts the smoothing length for local grid cells. Then, the volume data is visualized efficiently based on the volume photon mapping method where our GPU techniques further improve the rendering quality offered by previous implementations while performing rendering computation in acceptable time. It is demonstrated that high quality volume renderings can be easily produced from large particle datasets in time frames of a few seconds to less than a minute.     

基于三维纹理的实时流体模拟

本文描述了一种利用基于Open GL三维纹理实现的直接体绘制方式显示流体模拟结果的方法。以JosStam的二维流体模拟模型为基础，扩展出三维流体模拟的模型；然后通过将密度场映射到三维纹理空间，实现实时的显示；并通过引入全局光照模型，得到真实感的渲染效果。最后通过与粒子系统进行对比，分析了本方法的显示效果优势。     

基于粒子系统的天气雷达资料三维显示

传统天气雷达资料为二维图像显示,随着科技的发展与应用的需求,三维显示成为必然。本文研究了一般粒子系统,并根据天气雷达资料特点,建立了适合天气雷达资料特点的粒子系统;在给出三维显示结果图的同时,对粒子绘制与面绘制进行了比较,结果表明粒子绘制能很好的显示雷达资料的三维信息,且在速度方面有一定的提高。     

Stochastic Volume Rendering of Multi‐Phase SPH Data

In this paper, we present a novel method for the direct volume rendering of large smoothed‐particle hydrodynamics (SPH) simulation data without transforming the unstructured data to an intermediate representation. By directly visualizing the unstructured particle data, we avoid long preprocessing times and large storage requirements. This enables the visualization of large, time‐dependent, and multivariate data both as a post‐process and in situ. To address the computational complexity, we introduce stochastic volume rendering that considers only a subset of particles at each step during ray marching. The sample probabilities for selecting this subset at each step are thereby determined both in a view‐dependent manner and based on the spatial complexity of the data. Our stochastic volume rendering enables us to scale continuously from a fast, interactive preview to a more accurate volume rendering at higher cost. Lastly, we discuss the visualization of free‐surface and multi‐phase flows by including a multi‐material model with volumetric and surface shading into the stochastic volume rendering.     

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。     

A versatile optical model for hybrid rendering of volume data

In volume rendering, most optical models currently in use are based on the assumptions that a volumetric object is a collection of particles and that the macro behavior of particles, when they interact with light rays, can be predicted based on the behavior of each individual particle. However, such models are not capable of characterizing the collective optical effect of a collection of particles which dominates the appearance of the boundaries of dense objects. In this paper, we propose a generalized optical model that combines particle elements and surface elements together to characterize both the behavior of individual particles and the collective effect of particles. The framework based on a new model provides a more powerful and flexible tool for hybrid rendering of isosurfaces and transparent clouds of particles in a single scene. It also provides a more rational basis for shading, so the problem of normal-based shading in homogeneous regions encountered in conventional volume rendering can be easily avoided. The model can be seen as an extension to the classical model. It can be implemented easily, and most of the advanced numerical estimation methods previously developed specifically for the particle-based optical model, such as preintegration, can be applied to the new model to achieve high-quality rendering results.