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。