风环境下烟雾的实时模拟

在复杂环境仿真中,烟雾的模拟具有重要的意义.提出一种基于流体力学方程的烟雾模拟方法,并实现了脉动风与烟雾的交互,使烟雾的形态和运动更加逼真自然.采用简化的Von Karman模型建立风场,并引入特征正交分解技术(POD)和快速傅立叶变换技术(FFT)简化其建立过程.利用非粘性不可压缩的N-S(Navier-Stokes)方程描述烟雾运动,并将风场的作用加入到N-S方程中,利用破开算子法和MacCormack法简化N-S方程的求解过程,减少计算量,并保证求解过程在大的时间步长上的稳定性.同时,引入了"漩涡限制",将数值求解过程中的插值耗散补充回流场,增强烟雾的真实性.实验证明,利用本文的方法能够实时高效的模拟出自然逼真三维烟雾效果.     

应用多重网格技术进行烟雾与障碍物交互模拟

烟雾在高精度网格中与大量障碍物交互十分耗时.为改善障碍物周围的局部视觉细节并进一步提高模拟的实时性,引入多重网格技术与结点分组方法相结合.使用结点分组方法处理障碍物边界条件;在每个障碍物周围,包围一张局部网格,在每个时间步,为每张网格分别求解N-S方程组并在局部和全局网格间传递信息.实验表明,采用文中方法,在障碍物局部模拟精度和单独使用结点分组方法相近的前提下,模拟速度提高了近3倍,达到了更高的实时性.     

基于细分的网格模型骨架驱动变形技术

针对传统骨架驱动变形方法中模型细节特征不能得到有效保持的问题,提出一种基于细分的骨架驱动网格模型变形方法。首先,对网格模型待变形区域基于截交线进行局部骨架提取和控制网格构建,分别建立骨架与控制网格以及控制网格所对应细分曲面与待变形模型区域之间的关联关系;然后,将基本函数作用下的自由变形方法应用于骨架变形,通过骨架变形驱动控制网格变形,将变形前后控制网格所对应细分曲面的变化信息转为网格模型泊松梯度场的改变;最后,根据改变后梯度场重建网格模型。实例表明,该变形方法针对不同网格模型均可以得到较好的编辑效果,且细节信息在变形后都得到了有效保持。与传统骨架驱动变形方法相比,该方法除具备交互操作简单直观的优势外,同时能够更好保持变形模型几何细节特征,更为适合具有丰富几何细节的复杂模型的变形编辑。     

基于多不动点约束的网格模型局部编辑

传统的自由变形方法通过计算控制晶格来变形,不适用于精确变形的情况。针对此问题,提出一种基于多不动点约束的网格模型局部编辑算法,该算法通过多个不动点的合理配置设定多种复杂的约束条件,实现网格模型的局部编辑,进而精确的变形模型。实验表明算法计算代价低,可实现精确变形。     

微分域网格变形的GPU加速算法

微分域网格变形方法能够较好的保持网格模型的局部细节特征,但其计算需要耗费较长的时间.结合GPU的高速并行运算性能,设计并实现了一种基于GPU的微分域网格变形算法.通过GPU进行网格的微分坐标求解、线性系统系数矩阵的Cholesky分解、线性系统求解等运算,从而将网格局部细节特征编码和解码过程以及变形结果的绘制完全通过GPU完成.实验结果表明该算法能够有效加速微分域网格变形方法的计算和绘制.     

一种改进的自适应漩涡限制实时烟雾模拟

针对模拟烟雾过程中,漩涡效果不真实,小尺度漩涡细节丢失的问题,对漩涡限制(Vorticity Confinement)方法进行改进.首先,用可变的空间螺旋性强度取代作用在整个网格上的漩涡系数常量,在低分辨率网格下将自适应漩涡限制作为外力项求解N-S(Navier-Stokes)方程;然后,用B样条插值前采样速度场,减少高分辨率时求解计算量;最后,在高分辨率时将自适应漩涡限制与前采样得到的速度场混合,平滑去除过程中的噪音,产生高分辨率漩涡细节.实验结果表明,采用本文方法改进漩涡限制,烟雾漩涡细节表现更为真实,且达到了烟雾模拟实时性的要求.     

网格模型的局部编辑算法

提出一种新的网格模型局部编辑算法，该算法可以精确地控制变形区域的大小、边界和变形点的位移，克服了FFD及其改进算法的缺点．首先交互地定义一个附着在模型表面的控制网格；然后建立模型变形区域与控制网格间点的映射，再依据变形要求来编辑控制网格；最后根据映射关系反算出模型变形区域点的新位置．控制网格可以是参数曲面的控制网格，也可采用一般三角网格或预先定义的网格模板．为达到精确变形的目的，对模型与控制网格重叠的区域进行自适应细分．该算法计算简便、易于实现，并能达到很好的效果．     

基于有界双调和权的人体局部网格变形方法

为了提高三维人体模型运动过程中的局部变形质量,提出了一种有界双调和权重 与双四元数混合蒙皮相结合的人体局部网格变形方法。首先将三维人体局部模型进行四面体化; 然后设置模型的骨骼控制单元;接下来通过拉普拉斯能量和最小化,并结合权重设置的边界约 束条件,计算各骨骼控制单元对人体局部模型内各顶点运动形变的有界双调和权;最后将三维 人体局部模型的各网格端点与骨骼控制单元混合绑定,并将各骨骼控制单元的运动参数转换为 双四元数,在双四元数运算空间结合有界双调和权,计算基于骨骼控制单元驱动的三维局部模 型的运动形变,从而完成运动状态下双四元数与有界双调和权相结合的混合蒙皮。实验表明, 该方法能使三维人体局部模型在运动时有较为平滑、自然的变形效果。     

基于物理的烟雾动画设计与实现

在计算机图象学的算法研究中,烟雾、水流和火焰等流体的模拟是一个即困难又吸引人的问题.结合计算流体力学和计算机图形学,实现了烟雾的模拟动画.本文给出烟雾的物理模型方程,并采用N-S方程和半拉格朗日方法来求解烟雾的物理模型方程,从而得到烟雾的密度场数据.最后用体绘制方法实现了三维密度场转换成屏幕上的图像.     

结构变形对整流罩分离轨迹的影响

为研究弹性体在稠密大气中的分离问题,基于非结构网格,采用运动网格与局部网格重构相结合的方法求解大位移相对运动的流场,并耦合6自由度刚体运动方程得到整流罩的运动.非定常流动方程使用格心有限体积法进行空间离散,并运用LU-SGS进行求解.应用标准算例验证该方法的准确性,并用于某整流罩飞行轨迹的计算.结果表明结构变形可能会使...