基于Direct3D和粒子系统的导弹尾焰模拟

为了能更加逼真地展现三维实时战场环境,对不规则模糊物体如火焰、烟雾、雨滴、雪花、波浪等的模拟仿真则显得尤为重要。国内外学者不断探索,先后提出了若干种针对不规则模糊物体的建模方法。粒子系统方法是到目前为止在模拟不规则模糊物体方面最成功的一种生成算法。通过对Direct3D中点精灵和粒子系统理论的研究,采用点精灵和纹理映射技术逼真地模拟出导弹的尾焰效果,从而再现了三维实时战场环境。     

GMRES算法求解烟雾仿真N-S方程

烟雾在大规模战场仿真和复杂环境仿真中扮演着重要角色,因此研究烟雾仿真具有重大意义。提出用广义极小残差算法(GMRES)来求解烟雾仿真中的N-S方程。首先给出GMRES算法的计算原理;其次用GMRES算法对烟雾仿真N-S方程进行求解,并对求解结果进行收敛性分析,分析结果表明GMRES算法可以对烟雾仿真N-S方程进行求解,结果收敛;最后运用GMRES算法通过计算机技术对烟雾进行可视化仿真,仿真结果表明,采用GMRES求解算法的烟雾仿真效果比较真实,基本符合现实中的烟雾。     

红外点目标成像运动特性仿真与分析

在机载导弹逼近告警中,识别远距红外点目标是一个非常重要的任务。通过分析比例导引规律和红外目标成像原理,完成了三维空间中的地面干扰源和按比例导引法制导的导弹到红外探测器二维空间的像点映射,进而对这两种点目标的成像进行对比仿真,发现它们的运动特性明显不同。分析结果表明,可根据点目标成像点运动特性的不同,对导弹和干扰源进行区分。     

步兵战车反坦克导弹三点法导引弹道视景仿真

针对现有步兵战车反坦克导弹模拟训练器存在的弹道仿真不真实,战场环境不逼真的问题.依据三点法导引规律建立导弹的弹道模型,在MATLAB软件下实现弹道的数值仿真计算.构建步兵战车、三维地形和反坦克导弹的实体模型,以虚拟现实软件Vega作为核心图形引擎实现反坦克导弹攻击过程的视景仿真,使训练人员能够直观地观察导弹飞行状态及命中目标后的毁伤效果.采用多分辨率LOD地形分割算法对战场环境进行优化,在一定程度上解决了大规模地形在逼真度和仿真实时性上难以兼顾的问题.研究可为增强训练系统的逼真度提供一个切实可行的方法,对提高模拟器的训练效果具有重要的现实意义.     

红外成像制导导弹飞行仿真研究

为了实现红外成像制导导弹更加逼真和更加有效的仿真从而验证优化红外成像制导导弹的制导效果,研究了红外成像制导导弹飞行仿真技术;讨论了导弹飞行仿真的基本要求和红外成像制导仿真系统设计的基本原理和设计方案,提出了导弹飞行效果的一些评价指标,并利用虚拟现实仿真技术实现了一个导弹飞行可视化仿真系统;分析了仿真实验结果,实验结果表明仿真系统基本满足红外成像制导导弹飞行仿真要求,在红外成像制导导弹的科学研究中有一定价值.     

字典神经网络方法快速湍流烟雾合成

目的 基于物理的烟雾模拟是计算机图形学的重要组成部分,渲染具有细小结构的高分辨率烟雾,需要大量的计算资源和高精度的数值求解方法。针对目前高精度湍流烟雾模拟速度慢,仿真困难的现状,提出了基于字典神经网络的方法,能够快速合成湍流烟雾,使得合成的结果增加细节的同时,保持高分辨率烟雾结果的重要结构信息。方法 使用高精度的数值仿真求解方法获得高分辨率和低分辨率的湍流烟雾数据,通过采集速度场局部块及相应的空间位置信息和时间特征生成数据集, 设计字典神经网络的网络架构,训练烟雾高频成分字典预测器,在GPU（graphic processing unit）上实现并行化,快速合成高分辨率的湍流烟雾结果。结果 实验表明,基于字典神经网络的方法能够在非常低分辨率的烟雾数据下合成空间和时间上连续的高分辨率湍流烟雾结果,效率比通过在GPU平台上直接仿真得到高分辨率湍流烟雾的结果快了一个数量级,且合成的烟雾结果与数值仿真方法得到的高分辨率湍流烟雾结果足够接近。结论 本文方法解决了烟雾的上采样问题,能够从非常低分辨率的烟雾仿真结果,通过设计基于字典神经网络结构以及特征描述符编码烟雾速度场的局部和全局信息,快速合成高分辨率湍流烟雾结果,且保持高精度烟雾的细节,与数值仿真方法的对比表明了本文方法的有效性。     

舰载导弹攻防对抗仿真系统研究

在现代高技术海战中,舰载导弹攻防对抗已经成为一个重要内容.以舰载导弹运动学和制导理论为基础,根据舰载导弹攻防仿真的需求,建立了舰舰导弹和舰空导弹相关的发射、飞行、制导和命中等数学模型;基于此模型,运用Visual Basic 语言完成了舰舰导弹攻击目标舰艇过程和舰空导弹拦截舰舰导弹过程的仿真软件设计;软件可实现不同海况下多种舰舰导弹攻击移动目标舰艇的过程仿真,还可模拟多种舰空导弹拦截舰舰导弹的全过程.通过大量的仿真实验,证明了该软件在舰载导弹攻防对抗仿真中的实用性.     

图像烟雾弱化方法研究

在火箭/导弹发射时,地面试验图像受烟雾干扰严重,在地面试验图像预处理中,烟雾弱化研究非常重要。首先对频域滤波法进行了探讨,提出了一种新的同态滤波方法,然后根据小波变换能兼顾空-频域和多分辨率分析的特性提出了加权小波系数的烟雾弱化方法。最后采用5种不同的客观评价方法对处理后的图像进行评价。实验结果表明,所提出的两种烟雾弱化处理方法更有效。     

虚拟飞行场景中事故特效的实时仿真

针对飞机的虚拟飞行仿真中,飞行事故仿真的真实感不强的问题,基于粒子系统, 结合动力学模型,实时渲染了爆炸、火焰、烟雾等飞行事故常见特效。使用四边形粒子代替传统 点粒子,结合纹理映射技术和融合技术,将真实感较强的纹理贴图与背景的帧缓存按照预设的融 合因子进行深度融合,提高了特效的真实感和实时性。通过粒子系统碰撞检测的方法,模拟烟雾 在飞机机舱内扩散,与舱壁发生碰撞的效果。搭建出模拟飞行的虚拟现实仿真系统,实现真实感 和沉浸感都很强的飞机爆炸、起火和冒烟等事故场景实时仿真。     

大气风对导弹作战效能影响的动力学仿真

大气风对导弹作战效能的影响表现为风影响导弹的动力学特性。基于导弹动力学仿真,分析大气风对导弹飞行特性的影响,能精确、直观地反映出风对导弹作战效能的影响情况。建立了理想条件下和风扰动条件下的导弹六自由度运动模型和导弹制导控制系统模型,并实现了整个导弹系统的仿真。基于导弹动力学仿真,提出了一种由飞行参数误差计算风影响度的方法,来定量评价风对导弹运动的影响。仿真结果表明,这种风影响度评价方法能较准确地反映出风对导弹的影响,可为用户在特定气象环境下是否发射导弹提供一种辅决策手段。     

基于物理模型的实时烟雾模拟

针对使用直接绘制法渲染烟雾时,在高网格分辨率下实时性差的问题,文中提出了一种新的基于纹理的烟雾渲染算法。该算法采用不可压缩的Navier—Stokes方程作为烟雾模拟的基本物理计算模型,从而保证烟雾物理运动的真实性,同时利用OpenGL中的纹理映射技术渲染烟雾,保证了烟雾渲染效果真实,烟雾模拟细节更能体现出来;另外文中还给出了在烟雾中添加障碍物时边界条件的计算方式。模拟实验结果表明,该算法既能满足烟雾模拟的实时性,又能真实有效地模拟烟雾流动情况。     

基于物理模型的烟雾实时模拟

本文提出了一种基于物理模型的烟雾的实时数值模拟方法.真实感和实时性是计算机图形学追求的两个目标.传统的动画技术生成的物体运动是虚拟的,并不能完全反映物体的真实运动.与传统的动画技术相比,基于物理的动画更能表现运动的真实性.在用非粘性不可压欧拉方程表示烟雾的物理模型的基础上,利用破开算子法将其分解成外力项、对流项和投影项分别进行求解,每一步都稳定,因而整个求解也就稳定.求解过程的稳定性保证了模拟可以用大时间步长,也就保证了模拟的实时性.与传统的方法相比,能同时满足计算机图形学的真实感和实时性要求.     

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.     

基于数据融合的多点温度烟雾测控系统

针对机舱消防应急救援模拟训练系统中的训练环境控制问题,设计一种以AT89C52单片机为核心的多点温度烟雾测控系统,该系统可实现对模拟系统中消防环境（如烟雾、温度等）的实时测量和控制,为更精确地对训练环境进行控制,将基于算术平均值与分批估计的数据融合方法与PID控制算法相结合,从而提高温度、烟雾采集的精度,改善因传感器失效引起的误差等问题。实验结果验证了该系统的有效性。     

基于粒子数生成函数的烟雾模拟*

在大规模虚拟战场仿真和复杂环境仿真中,烟雾作为其中的重要组成部分,其模拟具有重要的意义。针对烟雾模拟中难以达到真实性和实时性平衡的问题,引入层次细节技术,减少了模拟中所需要的粒子数目,在满足视觉效果的前提下提高了实时性。引入改进的物理模型与粒子系统相结合,增强烟雾的细节,生成真实感较强的烟雾。此外,还利用烟气抬升高度的阈值控制法来判断粒子的生命情况,使烟雾的模拟更加真实。实验证明,本系统利用有限的粒子数生成了满足视觉真实性和视景系统实时性要求的烟雾场景。     

一种烟雾实时模拟的新方法

介绍了一种基于流体力学方程的多尺度流体模型,通过Helmholtz-Hodge算子将模型分解为对流、扩散、外力、投影等项分别进行求解,每一步都稳定,因而整个求解也就稳定。同时利用“涡流限制”的技术提高模拟的真实性。与传统方法相比,该方法能实时高效地模拟具有真实感的二维烟雾效果。     

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。     

一种基于法线贴图的爆炸烟雾模拟算法*

传统的基于流体动力学和光滑粒子动力学的烟雾绘制方法能模拟出逼真的爆炸烟雾,但性能太低使得其很难满足实时性要求;而一般的基于粒子系统的模拟算法主要针对一般烟雾,需要大量粒子数目且不能得到真实立体的爆炸烟雾效果。本文提出一种基于法线贴图的爆炸烟雾模拟算法,使用法线贴图模拟烟雾粒子的空间立体属性,对其进行随机光照计算,并根据时间衰减颜色;采用简单运动控制模型模拟爆炸烟雾的翻滚与扩散。实验表明,该算法使用很少粒子便能产生极高真实感的爆炸烟雾效果,并且具有很好的实时性。     

MacCormack方法优化烟雾模拟中Navier-Stokes方程对流项的求解

烟雾作为大规模虚拟战场和复杂环境仿真中的重要组成部分,对其进行模拟具有重要的意义.针对基于物理方法烟雾模拟中Navier-Stokes方程求解复杂、影响实时性的问题,提出用MacCormack求解Navier-Stokes方程对流项的方法.首先利用前向对流算子求解前向烟雾速度,然后利用后向对流算子求解后向烟雾速度,最后通过误差评估来修正已经计算的前向对流速度,得到下一时刻的烟雾速度.该方法简化了进退误差补偿修正方法对直接影响烟雾模拟实时性和真实性的对流项的求解步骤,从而减少计算时间.实验结果表明,采用文中方法模拟出的效果比较真实,且使基于物理方法的烟雾模拟达到了实时性的要求.     

基于图像处理技术的烟雾检测在家庭火灾防范中应用

针对家庭火灾防范中缺少更有效、快速的实时烟雾检测问题,本文设计了一种基于图像处理技术的烟雾检测算法,能够对家庭住宅内部进行实时烟雾检测,从而实现火灾防范。本算法主要使用单阶段的端到端YOLO v3算法,对输入的烟雾数据进行学习,提取网络中不同卷积层的特征图进行联合训练。实验结果表明,和双阶段网络的烟雾图像检测方法相比,该方法检测速度快,实时效果好,同时也取得了较高的检测准确率,具有较高的实际应用价值。