耦合几何特征的高精度流体动画建模方法

动漫制作中涉及到大量的流体动画特效,视觉逼真性是它们的基本追求.然而,传统的物理模型计算代价高、效率低且流体细节易丢失.针对这些问题,文中提出一种耦合几何特征的高精度流体动画生成方法,通过利用不同流体细节(如水面和水花)之间的相关性提高计算效率和计算精度.该方法首先建立几何模型,对流体表面易于产生流体细节的区域即细节敏感区域进行定位、量化和跟踪.然后将几何模型与高精度流体动画物理模型相耦合,通过将几何模型中的定位量化函数映射为粒子密度函数,以此调整物理模型中的粒子集,从而更有效地产生高精度的流体水面和水花等细节效果.实验结果表明,文中方法能够提高流体动画计算的效率和精度,高效地生成更具有视觉真实感的流体动画.     

一种具有逼真效果的虚拟人动画生成方法

针对传统的虚拟人动画逼真度低、动画生成复杂、且动画存在飘移现象的问题,提出了一种基于视频关键帧获取运动数据的虚拟人动画生成方法。首先利用线性混合蒙皮算法建立了新的人体几何模型;其次利用正向运动学方法驱动虚拟人的骨骼模型,并利用平移补偿原则消除虚拟人运动中的飘移现象;最终实现了基于双目正交视觉获取关节运动参数的虚拟人动画。实验结果表明,新方法能逼真地模拟真实人体动作,且方法易于实现、实用性强。     

一种基于混合模型的实时虚拟人服装动画方法

实时服装动画生成技术能够为三维虚拟角色实时地生成逼真的服装动态效果,在游戏娱乐、虚拟服装设计展示等领域有着广泛的应用前景.其难点在于如何建立服装动画计算模型,在实时计算的前提下获得最佳的服装动画生成效果.在对服装模型与人体模型在运动过程中发生的位置冲突(collision,也称碰撞)进行分析的基础上,研究并提出了一种基于混合模型的实时虚拟人服装动画计算模型.首先,根据服装动画样本数据中服装与人体发生位置冲突的信息,对服装与人体的运动相关性进行分析;在此基础上,提出并实现一种新的混合策略,将具有较好服装动态模拟效果的动力学计算模型与具有较高计算效率的几何变形方法进行混合,建立支持实时计算且效率可动态控制的服装动画计算模型.实验结果表明,该计算模型能够实时地生成具有较好视觉逼真性的服装动画.     

异构群体队形光滑变换控制方法

针对现有群体队形控制方法在队形变换异构性、光滑性、条理性等方面的不足,提出一种基于几何约束机制的受限异构群体队形控制方法.首先采用Morphing方法生成由初始形状平滑变换到目标形状的一系列中间约束形状;然后引入基于质心的容量限制Power图对个体在约束形状中的内部布局进行建模,产生所需的异构分布;最后提出面向Power图的Lloyd导航算法,以控制个体进行无碰撞的光滑移动.实验结果表明,该方法稳定可靠,队形变换平滑流畅,非均匀人群分布可用于制作自然的群组动画和仿真真实场景,适用于不同规模、不同队形的异构群体队形控制.     

一种骨架驱动的近岸涌浪动画合成方法

大面积水面及波浪的快速建模与可控动画一直是计算机图形学研究的热点问题之一,但是由于天然波浪的复杂性与不规则性,现有的波浪模拟方法无法在计算效率与真实感之间很好的权衡.本文针对此问题,以近岸涌浪为对象,研究波浪形态特征的表示与提取方法,快速生成可控的波浪动画.首先以波浪视频为数据源,利用数学形态学算法从水面视频图像中提取出涌浪骨架特征;然后根据此特征控制涌浪形状与高度,重用高度场数据生成可控的更加多样的近岸涌浪运动形态,克服了流体动画计算效率低下且难以交互控制的缺点.实验表明本文提出的方法能够以简单直观的控制方式,快速实现用户期望的变形效果.     

虚拟人“双簧”—与语音同步的三维人脸动画的研究

为了有效地合成人脸语音动画,提出一种与语音同步的三维人脸口型与表情动画合成的方法。首先,根据对人脸运动解剖学的研究,构建一个基于肌肉模型与微分几何学模型的三维人脸控制模型,通过数据结构的形式去控制肌肉模型和微分几何学模型实现人脸的运动,从而实现各种口型和表情运动的变化;然后,充分考虑汉语的发音特征,提出一种基于几何描述的并且符合汉语发音习惯的协同发音模型,从而产生逼真的三维人脸语音动画。仿真结果和实验对比表明,采用该方法可以得到符合汉语发音习惯的三维人脸口型动画,且合成的三维人脸表情较为自然,逼真。     

交互式角色运动特效的光滑粒子流体动力学仿真

长期以来,由于流体仿真和物体变形计算都具有相当程度的复杂性,使得流体与刚体的交互模拟,特别是和带有复杂动画的角色交互的效果,难以达到实时计算和渲染。在此,笔者提出了一个新的方法,用于生成沿着角色运动而产生交互的流体特效。为了实现这类效果的生成,控制流体特效与运动角色的交互,首先针对角色运动轨迹进行跟踪,根据轨迹的几何性质而生成初始状态的流体特效;然后借助光滑流体动力学(SPH)对流体粒子进行仿真。其中针对基于SPH技术的复杂性,流体仿真的过程借助GPU并行计算的能力,采用了一种新的高效粒子搜索算法,最终实现普通用户级个人计算机上实时渲染具有流体运动特征的角色运动特效。     

基于视频的角色动画

现有的计算机动画制作普遍存在投资大、效率不高等缺陷.为此,提出了利用计算机视觉技术中的一种基于特征的跟踪方法-KL(Kanade-Lucas)算法.首先捕获视频中角色的二维运动信息,然后进行三维重建生成满足动画要求的三维角色运动序列,最后将三维角色运动序列重定向到动画模型中去,从而得到逼真的角色动画.实际运行结果表明,从来源广、成本低的视频中完成角色运动提取与合成,从而生成逼真动画的可行性.     

基于个性化情绪感染的人群动画生成方法

当前基于情绪的人群动画方法没有考虑个性对情绪感染的影响。现实中的人群情绪(如恐慌、焦虑等)往往存在个体差异性,从而会对人群的情绪感染产生重要的影响。为生成更为逼真的人群动画,提出一种基于个性化情绪感染的人群动画生成方法。该方法包含3部分:首先,建立了一个基于情绪感知因子的个性化Durupinar情绪感染模型(Personalized Durupinar,P-Durupinar),该模型能够有效体现人群情绪的个体差异性;其次,将P-Durupinar情绪感染与人群运动耦合,结合相对速度障碍法,利用个性化情绪驱动人群运动;最后,使用真实感渲染方法生成人群动画。实验结果表明,基于个性化情绪感染的人群动画生成方法能够更逼真地仿真人群的社会行为。     

监控系统中管道内流体运动的仿真研究

目前监控系统中管道内流体流动的仿真主要采用斑马动画，但该方法不能表达湍流、密度等流体属性。本文在分析了管道内流体物理模型、层流和湍流两种流体运动状态的基础上，提出了以流体质点为核心的仿真办法，流体质点具有受压力而流动、湍流时摄动等属性，来表达流体运动的特点。仿真结果表明该方法比斑马动画更逼真地描绘了管道内流体运动，可有效地增强监控系统界面的动态流程效果。     

基于GPU的非牛顿流体自由表面绘制方法

提出一种基于GPU的非牛顿流体自由表面绘制方法。首先,分析了非牛顿流体的物理模型,将流体的运动规律用合理的数学表达式进行描述;其次,针对非牛顿流体的特点设计了合理的可视模型,提出了流体运动及自由表面的绘制方法,并且设计了相应的GPU实现算法;最后的实验证明了算法在合理的时间内能完全逼真的对非牛顿流体的自由表面进行真实的再现。算法充分吸收了以往方法的优点,采用了合理的数学模型,并利用GPU的运算特性实现了非牛顿流体自由表面的绘制,在绘制效果和效率上较以往算法都有较大改进。     

Shotgun MS proteomic analysis of bronchoalveolar lavage fluid in normal subjects

We provide a review of proteomic techniques used to characterize the bronchoalveolar lavage fluid (BALF) proteome of normal healthy subjects. Bronchoalveolar lavage (BAL) is the most common technique for sampling the components of the alveolar space. The proteomic techniques used to study normal BALF include protein separation by 2DE, whereby proteins were identified by comparison to a reference gel as well as high pressure liquid chromatography (HPLC)-MS/MS, also known as shotgun proteomics. We summarize recent progress using shotgun MS technologies to define the normal BALF proteome. Surprisingly, we find that despite advances in shotgun proteomic technologies over the course of the last 10 years, which have resulted in greater numbers of proteins being identified, the functional landscape of normal BALF proteome was similarly described by all methods examined.     

Robot Finger Using Electro-Conjugate Fluid

Abstract

An electro-conjugate fluid (ECF) is a kind of functional fluid, which produces a jet flow (ECF jet) when subjected to high DC voltage. It is known that a strong ECF jet is generated under a non-uniform electric field (e.g., a field with a pair of needle and ring electrodes (a needle–ring electrode pair)). This study introduces the ECF jet to develop a novel flexible robot finger. First, we propose a concept for a novel robot finger. The robot finger mainly consists of a bending actuator, an ECF tank and ECF jet generators, which could be a micro fluid pressure source of the robot finger. Second, we characterize each component of the robot finger (i.e., the bending actuator and the ECF jet generator). We investigate the influences of electrode parameters on ECF jet generator performance in order to design the finger prototype. Finally we clarify the characteristics of the robot finger. The length, the diameter and the mass of the robot finger are 34.2 mm, 12 mm and 3.8 g, respectively. The robot finger can generate a force of 0.28 N and bend approximately 70°.     

流体动画方法综述

介绍了二维流体和三维流体动画方法。流体动画制作分为两步：流体表面建模和流体绘制。二维流体建模主要采用参数建模方法,基于傅立叶变换原理,合成波动的二维流体表面。三维流体建模一般基于Navier-Stokes流体方程,利用流体内部的速度建立流体表面的方程。流体绘制主要采用光线跟踪方法。流体动画的挑战和发展方向在于：流体动画控制、实时绘制、细节表现。     

基于GPU的流体动力学模拟

提出了一种基于GPU的流体动力学可视化方法。首先,分析了流体动力学的物理模型,用合理的数学表达式表述了该模型,并且给出了求解方法;其次,设计了在GPU上实现流体动力学模拟的算法,既模拟出逼真的运动效果又控制了算法的复杂度;最后的实验证明了该文算法在执行效率上较以往基于CPU的算法有很大的提高,并且模拟的结果逼真、可信。算法充分吸收了以往方法的优点,对流体动力学的可视化的细节采用了最优的物理模型及快速的数值解法,具有较强的稳健性和创新性。     

浅述流体包裹体研究及应用

通过流体包裹体研究,可恢复盆地埋藏史、热演化史、成岩史,确定其成岩和成藏作用时间与温度,推断油气生成、运移、聚集、构造运动及古热流历史,追踪盆地流体的组成、性质、成因、活动期次及推测流体的古温度、压力条件等。着重论述了流体包裹体在金矿、石油地质、盆地流体方面的应用,希望为今后开展相关地质研究和应用提供一定的帮助。     

磁性液体-硅油两层流动界面的数学模拟

采用二维笛卡儿坐标系,数值求解了磁性液体和非磁性液体体系的连续性方程、双动量方程、运动方程以及磁势方程,模拟了磁性液体-硅油的两层流动。其中自由边界采用PLIC VOF方法跟踪．表面张力采用CSF方法模拟。通过对方程的数值求解,研究了外加磁场强度、进口速度分布、初始表面扰动对界面形状和界面张力的影响。     

Basis enrichment and solid–fluid coupling for model‐reduced fluid simulation

We present several enhancements to model‐reduced fluid simulation that allow improved simulation bases and two‐way solid–fluid coupling. Specifically, we present a basis enrichment scheme that allows us to combine data‐driven or artistically derived bases with more general analytic bases derived from Laplacian eigenfunctions. We handle two‐way solid–fluid coupling in a time‐splitting fashion—we alternately timestep the fluid and rigid body simulators, while taking into account the effects of the fluid on the rigid bodies and vice versa. We employ the vortex panel method to handle solid–fluid coupling and use dynamic pressure to compute the effect of the fluid on rigid bodies. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

变流速输液管的周期和混沌振动

研究了参数激励和外激励联合作用下输流管道的非线性振动问题．只考虑管道变形的几何非线性因素,利用Hamilton原理得到单侧受简谐均布载荷作用下输液管的非线性动力学方程,对系统运动偏微分方程综合运用多尺度法和Galerkin离散方法,得到了主参数共振-1／2亚谐共振和1：2内共振情况下的平均方程．数值模拟结果表明参数激励和外激励联合作用下的悬臂输液管呈现周期运动、多倍周期运动和混沌运动的变化规律．     

Resonant oscillations of a plate in an electrically conducting rotating Johnson-Segalman fluid

An analysis of hydromagnetic flow is examined in a semi-infinite expanse of electrically conducting rotating Johnson-Segalman fluid bounded by nonconducting plate in the presence of a transverse magnetic field and the governing equations are modeled first time. The structure of the velocity distribution and the associated hydromagnetic boundary layers are investigated including the case of resonant oscillations. It is shown that unlike the hydrodynamic situation for the case of resonance, the hydromagnetic steady solution satisfies the boundary condition at infinity. The inherent difficulty involved in the hydrodynamic resonance case has been resolved in the presence analysis.