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。     

基于osg粒子系统的海洋场景中下雪的仿真

针对虚拟现实领域中特殊天气、战斗等场景中需要雾、雨、云、火焰、爆炸等场景特效来提高场景逼真度,兼顾渲染实时性的问题,提出采用OSG的粒子系统进行仿真.在分析粒子系统实现原理的基础上,利用Open Scene Graph (OSG) 3.0.1开源场景图形开发库建立粒子特效系统模块,有效地解决特殊场景中对粒子效果的要求.利用基于FFT (Fast Fourier Transfer)算法的Gersmer模型的动态链接库进行大面积水域渲染仿真,并在此基础上添加雪效.     

基于粒子系统的战场特效通用模型的设计与实现

按照仿真实现抽取了各种战场特殊效果的共性,采用面向对象技术将特效的物理特性的数学描述和表现特性的可视化描述相分离,同时结合程序式随机过程控制粒子系统的各特性模拟,并对通用模型采用基于视点距离进行了优化,实现了层次组织的类库,较好地满足了大规模虚拟战场环境仿真对特殊效果仿真真实性、实时性和开放性等要求.最后给出了一个基于通用模型扩展的实例.     

基于OSG的粒子特效仿真研究

针对虚拟现实领域中特殊天气、战斗等场景中需要雾、雨、云、火焰、爆炸等场景特效来提高场景逼真度与兼顾渲染实时性的问题,提出采用基于OSG的粒子系统特效。本文在分析粒子系统实现原理的基础上,利用Open Scene Graph（OSG）2．8．2开源场景图形开发库建立粒子特效系统模块,从而有效地解决特殊场景中对粒子效果的要求。给出一个飞行场景中降雪效果的示例,通过分析帧速率等指标说明OSG可以快速绘制粒子系统。试验结果表明,基于OSG的粒子特效能够很好地满足虚拟现实中对粒子特效逼真度和实时性的要求。     

基于多级粒子系统和新粒子形状的尾焰绘制*

针对目前大规模场景中导弹尾焰等特效绘制计算量大,导致系统实时性差等缺点,给出了一种基于多级粒子系统和新型粒子形状的尾焰绘制方法,在用三角函数勾画出轮廓后,对外部采用圆周发射新形状的粒子,内部采用特殊单面片作为基本粒子形状且用直线运动代替曲线运动,并采用了LOD结合GPU的粒子系统技术,在不影响真实感的情况下减少了计算量,有效提高了大规模场景中尾焰特效绘制的逼真度和实时性。     

基于Vega Prime的灭火飞机投水特效模拟

为了模拟某型灭火飞机的投水特效,主要研究了基于粒子系统的投水特效.首先阐述了Vega Prime特殊效果模块中粒子系统的基本原理,然后采用面向视点的多边形来表示水粒子,通过具体设置粒子系统中粒子的颜色、透明度、大小、纹理、速度和位置等属性,逼真的模拟了飞机的投水特效.在模拟的过程中,将环境影响因素考虑进去,使用Vega Prime的API函数实现投水特效的实时性,同时将飞机坐标系中的速度转换到渲染的场景坐标系中,实现了投水特效随着飞机运动的效果.实践证明,使用粒子系统模拟飞机的投水特效,使三维真实感更强.     

基于粒子系统的火箭飞行特效仿真的研究

基于粒子系统的特效仿真是运载火箭飞行可视化仿真中的重要环节.本文针对运载火箭飞行仿真中喷射火焰实时仿真难于实现的问题,对基于粒子系统的火箭喷射火焰动态模拟进行了研究.通过对火箭喷射火焰细节、特点的分析,建立了粒子系统的数据结构.详细介绍了算法的具体细节和关键技术,其中包括粒子的初始化和粒子发射器的初始化、粒子系统的更新.最后利用Billboard技术、OpenGL纹理映射等计算机技术实现了具有较强真实感的火箭飞行喷射火焰的实时仿真.     

通用粒子系统模型优化研究

为提高通用粒子系统特效仿真的真实感,增加战场影响因子的属性和接口,以表现特效对其他作战要素的影响;采用基于双次多精度视点距离优化的系统结构,以提高粒子系统仿真的实时性;为提高渲染效率,结合GPU可编程流水线,利用曲面细分和数据缩放技术,节约存储空间和传输时间的同时增强仿真效果。最后针对优化前后粒子系统的性能,在相同硬件条件下模拟相同的战场特效,对优化后与优化前的粒子系统进行对比,结果表明优化后的系统在仿真中具有较大的优势。     

可漫游的虚拟战场环境建模与实现

虚拟战场环境是军用仿真的一个重要基础平台,构造可漫游的虚拟战场场最是军用仿真中最基本的、必不可少的一个环节,广泛应用于战场模拟,作战训练和电脑游戏等方面。论文在简单介绍了构造虚拟战场场景的一般性步骤后,重点讨论了地形、自然现象等关键技术及漫游控制的实现等,论文在分析粒子系统的一般实现原理的基础上,提出了提高粒子系统算法实时性的一些技巧。实践证明,所实现的虚拟战场场景在实时性与真实感方面均取得了不错的效果。     

在VTree中嵌入OpenGL尾焰的方法

由于VTree提供的火焰特效无法满足飞行视景仿真中飞行器尾焰的绘制要求,因此采用一种简化的基于粒子系统的尾焰模型,研究了基于回调机制的将OpenGL绘制程序移植到VTree中的方法,在应用中实现了粒子系统尾焰的对象化.解决了在VTree中使用OpenGL程序常出现的状态影响问题.通过对OpenGL和VTree编程代码的分离,使该文的方法有较大的适用范围.最后给出了应用仿真实例,仿真结果表明该粒子系统模型在VTree中取得了较为逼真的尾焰效果,并可以满足飞行视景仿真的实时性要求.     

基于Vega的虚拟战场对抗仿真应用研究

战场可视化是数字化战场的一种重要的表达方式,虚拟战场仿真是战场可视化的核心应用。本文通过模拟发生在一个虚拟小镇上假想的军事对抗过程,详细讨论了基于Vega的军事仿真应用方法、实现及其关键技术,重点讨论了自然环境模拟、动态视点控制、实时路径导航和基于粒子系统的特殊效果等问题。     

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。     

油库火灾虚拟现实建模优化技术研究

油库火灾虚拟现实中,不仅涉及复杂场景建模,而且需要对由于燃烧不充分产生的大量烟雾进行模拟。如果采用传统的粒子系统或分形技术来模拟油库场景和烟雾,必然造成计算机显示负荷过重而无法满足虚拟现实实时性的要求。本文将油库火灾场景中的静态场景以视距、投影面积和地形粗糙度为依据来确定节点的细节层次,实现场景多分辨率建模。根据油料火灾烟雾扩散的视觉表现为灰度变化的特点,用动态纹理来模拟油罐火灾产生的大量烟雾,通过线性插值生成不同透明度纹理,并且保持始终视线与烟雾面正交,大大地降低了显示负荷,有效地解决了实时性与逼真度之间的矛盾,实现了油库火灾虚拟现实优化建模。     

Two-dimensional visual simulation of flames,smoke and the spread of fire

Since CG simulation of natural phenomena on the basis of their forms and motions has many applications, such as various landscape designs and special effects in films, it is very important and interesting to develop efficient techniques for their visual simulation. It is especially interesting to produce realistic images and animations of flames and smoke, on account of their complicated patterns of behaviour. Effective simulation methods for flames and smoke are expected to satisfy the following requirements:

• 1 The motion of flames or smoke produced in an interaction with obstacles can be simulated.
• 2 The motion of flames and smoke can be easily controlled according to scenarios.
• 3 The spread of fire can be simulated.

Although several useful representation methods have been proposed so far, simulating flames and smoke still remains a challenging problem. In this paper, we first describe our basic two-dimensional visual simulation method based on particle-based simulation, but not based on exact physical simulation. Roughly speaking, our method assumes that the images of flames and smoke are basically obtained by visualizing turbulence, that is, the particles of flames and smoke play the role of tracers in the field of turbulence. Next, we present an improved method for simulating the spread of fire and the appearance of smoke produced in an incomplete combustion. Simultaneously, we show several examples of the simulation. Finally, we will touch slightly on further problems for extending the model to one which works in three-dimensional space.     

分区域变尺度网格的社区火灾场景数值仿真

目的 火灾场景数值仿真对消防救援和应急疏散具有重要意义。火灾场景仿真需要对室内外地物及环境进行精细建模和大量数值计算,而传统地图和空间分析无法满足日趋复杂的建筑物消防场景表达。为此本文基于室内外地图研究基础,构建面向社区安全的火灾场景数值仿真模型。方法 通过传统制图技术建立社区地物分布模型,利用室内制图技术建立建筑物内部场景,利用3维建模技术重建社区室内外3维模型,引入火灾数值模拟方程进行仿真计算。根据社区建筑物分布和其内部结构复杂程度的差异,提出分区域变尺度的网格划分方法,以提高计算效率。结果 通过对红树湾社区进行"精细"、"粗糙"和"分区域变尺度"3种不同方法的仿真实验,分析火灾模型的计算速度、温度场及烟气扩散情况。与精细网格方法相比,分区域变尺度方法和粗糙网格方法的计算速度是其8倍和24倍,烟气最低能见度误差为2 m和13.5 m,分区域变尺度方法相较于粗糙网格方法与精细网格方法的温度变化曲线更加吻合。分区域变尺度方法的模拟精度更接近于精细网格方法,同时效率得到提升。结论 本文提出的火灾场景仿真模型将室内制图应用扩展到社区消防研究,实验结果表明,所提出的分区域变尺度网格划分方法能够在保证数值模拟精度的前提下提高仿真效率,具有重要的应用价值。     

机载无源干扰虚拟仿真系统研究

针对某型飞机电子对抗实装训练的困难,采用视景仿真技术进行了某型飞机机载电子对抗训练系统的开发。对虚拟座舱的构建方法、GL Studio开发的虚拟仪表与VP场景的交互问题和战场环境中基于粒子系统的无源干扰仿真方法进行了研究。系统虚拟训练部分以突防攻击任务为战术背景,包含了某型飞机机载电子对抗主要科目的仿真训练,可单科目训练也可进行综合训练,逐步提高飞行员对机载电子对抗设备的操作能力、在复杂战场环境中的敌情判断和战术选择能力。     

基于元胞自动机的林火蔓延三维模拟仿真研究

为了在虚拟三维环境中模拟出森林火灾的发展蔓延状态,利用三维引擎进行仿真研究。说明了三维元胞的定义、状态、邻域和转换规则函数;通过求得林火蔓延公式的参数在在8个邻域方向上的分量,得到林火蔓延公式在相应方向上的分量公式。利用Unity3D三维引擎建立野外三维地形,通过不断调整其自带粒子系统的参数,建立适用于不同条件的火焰库和烟雾库,输入气象因素后即可实现林火在三维环境下的模拟蔓延。将野外实地点烧数据与模拟效果进行对比,可以看出模拟的效果与实地点烧相近,模拟效果符合要求。     

导弹虚拟战场环境设计与实现

为给某型导弹部队提供一个全新的演习、训练和战前要素熟悉平台,文中通过VC＋＋6．0和该实验室自行开发的软件DeepEye平台设计和实现了导弹虚拟战场环境演示系统。首先根据系统分析对系统整体结构进行了模块化设计,然后从场景生成和效果实现两方面对各模块进行开发,先后建立了天空模型、地形背景模型、战场实体模型,并对地形匹配、航迹规划、特殊效果实现、视点变换、交互接口设计等关键技术做了研究,最后实现了适合于导弹作战的虚拟战场环境模型。结果表明,该设计方案可行,仿真效果良好。     

基于OSG与Qt的FAST三维场景仿真

为解决FAST基地可视化的问题,开发了一套基于OpenSceneGraph(OSG)与Qt的三维场景仿真系统。通过三维建模,计算机程序自动化布局,OSG虚拟场景搭建等,将FAST的场景进行仿真显示。通过数据驱动实现对虚拟场景的实时更新,同时采用OSG的粒子系统来模拟雨雪天气特效场景。该系统将FAST的场景实时显现在技术工作人员面前,具有场景漫游,动态演示等基本人机交互功能,可为FAST基地的实践工作提供辅助决策依据。