一种云场景的实时渲染方法

探讨了真实感云场景的模拟技术,设计了一种云场景的实时渲染方法。基于Perlin噪声建模生成云浓度图,并采用考虑浓度的Phong光照模型与单向散射光照模型,分别计算反射光和透射光,改善了传统方法无法真实反映不同角度太阳光照的问题,实现了不同时段动态云场景的绘制。通过引入基于GPU的Bumping纹理算法与Render-to-Texture技术,极大提高了云场景的渲染速度。实验结果进一步表明该方法能够同时满足真实感与实时性两个方面的要求。     

草地场景真实感模拟技术综述

草体作为自然场景的一种重要组成元素,其数量众多、覆盖范围广,因此很难实现实时绘制,大规模草地场景真实感模拟已成为计算机图形学中研究的热点和难点之一.文中对20多年来草地场景真实感模拟技术的发展情况进行综述,分别从绘制技术、LOD表达、动态模拟以及业界现状等几个方面做了比较深入的介绍,分析并比较了一些典型方法的基本原理和优缺点;最后对该领域未来的发展趋势进行了展望.     

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.     

基于GPU的动态天空场景仿真

针对三维天空场景仿真中出现的场景实时性和真实性不能满足用户的需求等问题,提出了基于GPU (graphic processing unit)的动态天空场景仿真方法.在开源场景图形系统(OpenSceneGraph)开发平台上,使用基于物理的方法计算出一天中不同时刻天空的背景色;采用shader技术,用OpenGL着色语言(GLSL)在GPU上对云、太阳进行模拟;针对太阳的位置,绘制出具有真实感效果的光晕.实验结果表明,该仿真方法可以绘制出具有动态效果的、天空颜色能平滑过渡的天空场景,并且真实感强.     

基于动态网格的云的实时仿真

为实时绘制真实感的云场景,针对已有基于网格的方法效率低下的问题,提出动态网格方法,充分考虑风对云的发展变化的影响.在动态网格上离散化云的运动方程和热动力学方程,根据视距的变化调整网格分辨率.在云的绘制过程中,将Cornette-Shanks相位函数用于多重前向散射模型,并采用GPU加速来提高仿真效率.实验结果表明,提出的动态调整网格分辨率的方法提高了仿真效率,可以实时模拟云与物体的交互和绘制真实感的云图像.     

基于DirectX的云模拟研究

虚拟场景的逼真动态显示是飞行模拟、实时动态仿真及虚拟现实等技术的基础。在飞行实时仿真系统中,云的模拟效果对于飞行模拟和飞行训练来说是非常重要的。文中介绍了3D图形函数库Direet3D,在分析纹理映射以及粒子系统实现原理的基础上,分别讨论了采用粒子系统建模和应用纹理动画技术来对云进行模拟,实现了真实感较强,渲染速度快的云层效果。文章最后对两种方法实现的云的模拟效果进行了对比,并指出了两种方法的优缺点,对今后的研究有一定的借鉴意义。     

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.     

基于元胞自动机的动态云模拟

针对动态云在快速模拟下的真实感缺乏问题,提出一种改进的动态云的模拟方法。该方法在Nagel方法模拟云的基础上,考虑到大气压对自然云形状的影响,通过建立上下气流动力学方程,实现具有真实感的动态云的模拟。结果证明,与常规方法相比,该方法具有运算速度快、模拟效果逼真等优点。     

基于GPU的海浪特效实时渲染

对于海浪特效的模拟能有效增强海洋场景仿真的真实感,模拟的实时性也是海洋场景仿真系统的重要需求之一.为了实现基于GPU的海浪特效实时渲染,以PM海浪谱为基础进行了研究,从而生成海浪高度场,并结合视相关反投影方法生成海浪网格,采用硬件着色器进行基于物理光照模型的实时光照处理,生成了具有较强真实感的海面效果,较好地满足了时渲染场景实时性和真实感的要求,达到了实时视景仿真系统中对海洋模块的实时仿真要求.     

高精度高速度曲面建模的3维地表模拟和漫游算法

三维真实感地形场景是生态系统模拟、虚拟地理环境和三维GIS不可或缺的要素,而高精度高速度曲面建模方法可以动态实时构建高精度曲面模型。论文引入高精度高速度曲面建模方法,提出了一种可以动态生成地表模型并实时绘制和漫游三维真实感地表的方法。该方法实时动态建立高精度DEM,结合改进的视点依赖多分辨率绘制方法,随视点改变动态重建并绘制当前DEM。首先建立当前可见场景的DEM,然后通过依赖于视点的简化等处理建立层次细节模型,进行实时场景绘制和漫游,随视点改变,在当前场景基础上动态加点和减点更新DEM及层次细节模型,生成当前可见场景,以次循环。实例测试表明,算法可产生真实感较强的场景,实时漫游效率较高,模拟精确。     

云的模拟技术综述*

云是一种常见的自然现象,它没有确定的表面、确定的边界,且其特征不断变化,对它的模拟被认为是计算机图形学中最具有挑战性的课题之一,在飞行模拟器、电影制作、虚拟战场仿真等方面具有广泛的应用前景。从云的形状、动态特性、光照效果三个方面,对现有的云的模拟方法进行了综述,分析了几种典型算法,讨论了现有算法存在的问题和进一步的发展方向。     

基于无人机LiDAR点云的多类型植被覆盖滩涂地形滤波

滩涂是宝贵的自然资源,其地形的高精度反演具有重要科学价值,而现有技术和方法存在较大的局限性。无人机激光雷达技术可快速获取大范围滩涂高精度、高密度的三维点云数据,是滩涂地形反演的重要技术之一。如何对点云数据中滩涂植被进行高精度滤波是地形反演要解决的技术难点,尤其是当滩涂覆盖有茂密的异质性植被（如不同种类和几何形态）时,对滤波算法的通用性和鲁棒性提出了更高的要求。以上海崇明西滩湿地某一滩涂作为研究区域,选取草丛、灌木和高大乔木3类典型植被覆盖的局部区域,利用基于坡度滤波、渐进数学形态学滤波和布料模拟滤波3种常用的点云滤波算法进行点云数据处理,比较分析了3种方法的适用性。结果表明：布料模拟滤波对于3个典型区域实验结果的总误差分别为1.57%、0.16%和0.23%, Kappa系数分别为96.74%、98.70%和99.30%。相较于其他两种算法,布料模拟滤波精度更高,更适用于多类型植被覆盖滩涂区域。因此,采用布料模拟滤波对整个研究区域进行处理,取得了较好的滤波效果,与真实地面吻合度较高。最后,通过克里金插值得到整个研究区域高精度的地形数据。     

Estimating the simulation workload for factory simulation as a cloud service

An essential and practical application of cloud manufacturing is factory simulation as a cloud service (FSaaCS). In this paper, several topics related to implementing FSaaCS are discussed. Among them, load balancing is considered a critical topic. To address this topic, estimating a simulation workload is a crucial step. After factors critical to estimating a simulation workload were summarized, several methods were applied to estimate a simulation load, relevant to the required simulation time, from these factors. An experiment using real data was conducted to compare the performance of these methods. In addition, the paired \(t\) test was performed and the results indicated that the performance of the fuzzy collaborative method is superior to those of some existing methods.     

大规模复杂场景的可见性问题研究

大规模复杂场景的快速绘制技术是虚拟现实、实时仿真以及三维交互设计等许多重要应用的底层支撑技术，也是诸多研究领域面临的一个基本问题．作为其中一个技术解决手段，可见性问题在近年来得到了高度重视并取得了一系列研究成果．通过对相关可见性算法进行分析与总结，阐述了可见性问题的研究内容，提出了方法的优劣判别标准，给出了可见性判断算法所应包含的基本组成部分和步骤，最后指出未来仍然需要重点研究的若干关键问题．     

云控制系统研究现状综述

云控制系统是软件定义的云计算基础理论和方法在自动控制领域中的延伸和应用,然而其研究尚处于起步阶段,其概念内涵、体系架构、理论方法和关键技术还需进一步明确。通过对体系结构和构成要素的分析,归纳总结了云控制系统的典型特征;综合分析了云控制系统与相关技术的支撑关系;基于云控制系统的理论特点引申出五项关键技术,并对各关键技术的研究现状进行了详细阐述;最后提出了云控制系统未来发展所面临的问题与挑战。     

三维云的建模和绘制

本文对计算机图形学中三维云的建模和绘制技术进行了概述,主要介绍目前比较典型的基于个体生长的云建模技术和基于物理过程的云建模技术.对基于个体生长技术中比较成功的粒子系统模型、变形球模型、体元模型、过程纹理函数模型进行详细分析,并总结了它们的成果与不足,比较了它们的适用范围,为研究三维云可视化技术提供借鉴.     

基于分形几何的动态云模拟

云是一种重要的自然景观。对云彩的模拟在视景仿真系统、计算机游戏、三维动画中有着广泛的应用。该文针对目前一些云彩模拟方法中存在的实现复杂、计算耗时、图像分辨力不高且只能生成静态云等问题，提出了一种在分形几何的Diamond—Square算法中采用改良的随机数发生器和顶点扰动、纹理运动结合模拟实现动态云的方法。基本思想是通过运用二次随机法构造改良的随机数发生器，并把它应用到分形几何的Diamond—Square算法中生成逼真的静态云图，然后通过顶点扰动、纹理运动结合模拟实现动态云。最后运用VC＋＋和OpenGL开发工具实现了云的动态模拟。结果表明，该方法实现简单，可获得实时、逼真的动态云效果。     

云控制系统不确定性分析与控制器设计方法

云控制系统(Cloud control system, CCS)是云计算与物理系统的融合, 由于云计算中资源是动态的, 因此云计算的加入使得云控制系统具有很大的不确定性. 本文给出一种典型的云控制系统结构, 通过将不确定性划分为云端不确定性和网络端不确定性, 有效简化了云控制系统不确定特性分析和建模. 针对典型的时延不确定性问题, 将云控制系统时延划分为云端时延和网络端时延, 进行了MapReduce模型下多计算节点云端时延分析, 同时进行了云控制结构下网络端时延分析, 两者结合实现了云控制系统的前向通道和反馈通道的时延建模. 基于所建立的云控制系统时延模型, 应用极点配置方法设计了云控制器算法, 包括观测器的设计和控制律的设计, 从而保证了闭环系统的稳定性. 对本文设计的云控制器算法进行了仿真验证, 结果表明考虑时延特性的控制器设计明显提升了云控制系统的控制性能.     

基于改进Qsplat算法的三维动态积云模拟研究

尽管人们对云模拟进行了大量研究,但是现有的云模拟算法很难在保证实时性的情况下得到真实感较强的云图形。针对这个问题,提出一种结合Qsplat算法与IFS算法的粒子系统的积云模拟方法,并考虑了积云的结构特点。首先,基于Qsplat算法的细节层次树型结构建立树型结构粒子系统,加速粒子系统搜索速度;然后,对距离视点较近的粒子使用IFS迭代函数系统算法增加层次包围球树的层次以丰富云体局部细节来建立云的外形;最后,使用球形图元映射二维纹理进行云的绘制。最终实现了三维动态积云的快速实时模拟。实验结果表明,该方法能够快速地生成实时三维动态积云图形,图形真实感强。