大规模交互式洪水灾害动态场景预警仿真

洪水是一种严重危害人民生命财产安全的自然灾害.针对我国现有的洪水灾害模拟仿真技术系统化程度不足,难以直观、快速地向决策者预警展示洪水泛滥的现况、发展趋势和灾害损失评估的问题,设计了一个可交互的大规模洪水灾害动态场景预警仿真系统.首先利用半拉格朗日隐式积分的方法在基本保证动量守恒和体积守恒的前提下快速求解浅水方程,达到了洪水演进实时稳定的模拟计算;然后提出了一种建筑物洪灾危机的预警规则,在洪水演进时能够通过变换预警色彩,实时警示有关建筑物的洪水受灾损害危机等级;最后建立起一个可交互大规模洪水模拟仿真系统,其功能包括可增加洪水挡板以展示区域的防洪功能、进排水口添加的泄洪效果和建筑物时变的积水高度显示等.在自行采集的城市高程数据上的仿真实验结果表明,该系统可为建设现代海绵型城市的防洪减灾决策设计提供直观、可靠的依据.     

城市建筑物红外特性四季变化及其成像研究

采用多层有限差分法模型等方法 ,考虑气象等外部因素的影响 ,在一年四季中对城市建筑物各部分及其周围物体的表面温度进行了逐时计算 ;运用计算机图形学方法实现了其造型 ,并绘制出该建筑物在一年不同季节及在一天不同时刻的真实感较强的红外图像 .     

空间目标与环境红外特性理论建模及其场景生成

介绍了空间目标与深空环境红外特性物理建模的基本方法，建立了卫星和深空背景的红外辐射特性理论模型，在此基础上首次从物理现象的角度初步实现了空间目标及其深空环境的动态景象生成。研究结果对空间目标的探测具有一定的参考价值。     

GPU中的流体场景实时模拟算法

为了实时模拟真实的大规模流体场景,提出一种基于平滑粒子流体力学(SPH)进行流体场景模拟的算法.首先提出了新的精细程度函数作为非均匀采样的依据,以减少实际模拟时所需的粒子数,提高模拟的速度;然后引入一种三维空间网格划分算法和改进的并行基数排序算法,以加快模拟过程中对邻域粒子和边界的查找及其相互作用的计算;最后使用最新的NVIDIA(CUDA(架构,将SPH的全部模拟计算分配到GPU流处理器中,充分利用GPU的高并行性和可编程性,使得对SPH方法的流体计算和模拟达到实时.实验结果表明,采用文中算法能对流体场景的计算模拟达到实时,并实现比较真实的模拟效果.与已有的SPH流体CPU模拟方法相比,其加速比达到2个数量级以上,同时相比已有GPUSPH方法,能模拟出更为丰富的细节效果.     

交互三维形状过渡技术

给出了一个新的有相同亏格多面体之间的三维形状过渡算法.算法首先交互地将两个给定的多面体剖分为相同数目的多边形网格区域，同时建立起网格区域的匹配.然后，利用调和映射将每对对应区域进行参数化和重新采样，最终建立起每个给定多面体的特征多面体.利用特征多面体作为桥梁，通过复合3个连续的变换来实现两个给定多面体之间的形状过渡.实验结果表明，本算法稳定可靠，且能处理一般的情形.     

基于人眼视觉感知的场景明暗适应动态过程模拟

针对现有计算机真实感图形学及虚拟现实主流显示算法不能表现当环境光强骤变时人眼对场景感知变化的缺陷,提出并实现了一个基于人眼感光细胞亮度响应机制的明暗适应过程模拟的增强显示新算法.该算法首先针对人眼中视锥细胞和视杆细胞不同的生理反映机制,利用了双边滤波方法建立起感光细胞接受光刺激后同周边细胞之间的作用关系模型,然后在不同亮度环境下建立起亮度随时间响应的变化模型.结合图像高动态范围图像的色调映射处理模型及实验心理学中的经验模型,并经实验调整不同环境亮度下的生理适应值,通过逆响应变换及颜色适应变换,最终在三维场景中较为逼真地模拟出人眼在明暗适应过程中的对场景的动态感知变化.     

基于个性化原型的人脸衰老图像合成

 本文提出了一种新的个性化人脸衰老图像合成方法.基于已建立的黄种人脸图像数据库,提出了一种基于人脸外轮廓局部曲率标准差的个性化原型匹配算法,通过计算出表征人脸的脸型特征点的局部曲率标准差,在人脸图像数据库中匹配找出多幅图像,进行纹理增强的原型合成,再通过形状和颜色变换模型实现了人脸衰老图像的生成,能达到皱纹增加、眼袋生成、皮肤光泽减退、毛发变花白等具有真实感的衰老合成效果.实验表明本方法能方便逼真地合成不同种类的人脸在不同年龄段的衰老图像.     

非线性视域插值

提出了一种新的基于图象的绘制技术.与线性视域插值方法不同，此方法能准确地模拟出漫游过程中的透视变换效果.为了加速视域插值算法，采用二叉剖分方法来优化源图象的分解，从而大大减少了分解后块图象的数目.对生成的中间画面上的黑洞，此方法分两个步骤来填充.算法首先根据深度信息来决定是否需要扩展与黑洞相邻的块图象的边界，然后采用多向视域插值方法插值这些扩展后的块图象来生成中间画面.理论和实验结果表明，此方法比传统方法在准确性和效率上均有显著提高.     

基于次序统计量像素灰度相似度的图像双边滤波

针对一般双边滤波器定义中的像素灰度相似度函数易受图像噪声影响,不能很好地表征像素之间的实际相似性的问题,设计了一个基于次序统计量的像素灰度相似度函数.基于网像中相邻像素之间的相关性,可近似地将某像素的1环邻域所有像素的灰度视为该像素灰度的n(n≤9)次观测值,并定义为n-次序统计量.依据两像素灰度的n-次序统计量的欧氏距离定义它们的灰度相似度.该相似度函数结合了像素1环邻域灰度分布的统计属性,能较好地抑制噪声的影响.仿真实验验证了所提出基于次序统计量像素灰度相似度的双边滤波算法具有良好的滤波特性.