基于物理模型的实时卡通烟雾模拟算法

提出一种流体力学模型结合粒子系统的卡通烟雾实时模拟算法。通过Navier-Stokes方程建立烟雾流体场的物理模型,以保证运动轨迹真实感。为粒子属性引入浓度函数和作用半径,从而只需少量粒子就可快速获得浓度场分布。为了实现卡通化效果,使用代表动画师个人风格的卡通图元在不同浓度区域进行纹理贴图。试验结果证明,该算法高效快速,能实时生成自然生动的卡通烟雾效果。     

基于粒子系统的烟雾模拟

在计算机图形学领域,最热门的一个研究课题就是如何模拟自然景物,它的应用非常之广,但是,很多自然景物的外观是非常不规则的,而且又是随机变化的,所以模拟起来会有很大的难度。到目前为止,粒子系统技术一直被大家认为是模拟像自然景物这类不规则物体的最成功最有效的一个图形生成算法．在深入研究国内各种烟雾模拟方法的基础上,采用粒子系统和纹理贴图技术并结合烟雾运动的基本物理公式实现对烟雾的有效模拟。通过汽车尾气随风飘散的效果,来满足视觉上对烟雾浓度渐变的要求,能够真实地模拟出不断运动变化的烟团。最后．对研究工作进行总结．并对下一步的研究工作进行展望。     

烟雾的快速模拟

在粒子系统方法的基础上,比较了近年来的最新研究成果和实际应用方法,采用旋转纹理片的快速烟雾模拟方法,讨论了纹理片的数据结构、各种参数的设置依据和它们对总体模拟效果的影响,给出了具体的模拟步骤,并且通过不同的设置采构造不同的烟雾模拟场景.最后,给出了实际的计算机模拟效果.     

烟雾模拟方法的研究综述

计算机图形学的烟雾模拟,主要采用三大类方法:粒子系统方法、数学物理方法和纹理技术方法;其中粒子系统方法属于比较早期的简单方法,数学物理方法大部分是基于或围绕N-S方程的。介绍了烟雾模拟的主要方法与应用等,对烟雾模拟的方法进行了细致的分类;有早期的烟雾模型,也讨论了近年来出现的一些最新发展。讨论了各种模拟方法的优缺点;指出了目前烟雾方法中存在的一些问题;关注了未来的研究工作需要重点加以关切的几个方面;介绍了今后需要进一步努力和完善的一些工作思路。     

纹理球方法的烟雾模拟

烟雾是普遍存在的自然现象.影视、动画、图形技术日益深入发展,各个领域对于烟雾的真实模拟已不可或缺.模拟需求越来越多、要求也越来越高.传统粒子系统不能满足实际需要;数学物理方法计算复杂,影响其广泛应用;基于纹理的方法越来越受到重视.本文采用基于纹理球的快速模拟方法.分析了真实的烟雾特点、运动变化等因素;设计了关键的控制变量.算法具有灵活的处理方式和开放的可扩展性.最后给出了实际的模拟效果,基本能够达到实时性要求.     

基于粒子系统的火箭发射烟雾特效实现

该文通过分析火箭发射过程中烟雾的外观形态,给出了一种基于粒子系统,通过OpenGL编程实现的烟雾特效生成方法.并结合工程实际,在Vega Prime中实现了基于这种方法的火箭发射烟雾特效.     

基于粒子系统烟雾的模拟

传统基于粒子系统烟雾的模拟无法模拟烟雾的扩散行为,而且需要大量粒子,因此满足不了虚拟战场逼真度和实时性的需要.提出一种基于粒子系统理论和离散浓度场相结合来模拟烟雾的算法.在粒子的属性中加人浓度属性,利用三维扩散方程的有限差分建立浓度场,浓度场的变化由浓度场内空间粒子的位置和扩散方程决定,通过浓度场的变化使粒子分裂来模拟烟雾的扩散,通过粒子的运动反映风场的作用.与传统的粒子系统相比,增加了对烟雾扩散的描述,大大降低粒子的数量,该算法保证了生成烟雾的逼真效果,满足了虚拟战场实时性需要.     

计算机生成卡通烟雾动画

给出了一个用于二维计算机动画烟雾的模型,这里着重强调的用计算机生成卡通风格的烟雾效果。首先介绍如休从手工绘制的卡通烟画面中提取烟雾骨架的静态结构与动态,然后沿骨架进行不同的形状绘制来生成卡通烟缕和烟团,引进随机分量控制,该模型可以自动生成无重复机械感的并与卡通风格一致的烟雾序列画面。     

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。     

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。     

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。     

烟幕防护影响坦克作战效能的仿真分析

对坦克的防护性能进行仿真足坦克作战仿真的重要内容。该文首先对烟幕使用过程进行了分析,并对烟幕性能进行量化描述,在此基础上建立了烟幕作用下的射弹的命中概率模型。根据分析的目的进行作战方案和评价准则的设计。将所建模型应用到已开发的装甲车辆作战仿真系统,对不同作战方案进行仿真。采用适用于分布类型不明确的小样本检验的Wilcoxon秩和检验。对不同方案的作战结果进行对比分析。实现烟幕对坦克作战效能的影响的分析。     

A Fast Simulation Method Using Overlapping Grids for Interactions between Smoke and Rigid Objects

Recently, many techniques using computational fluid dynamics have been proposed for the simulation of natural phenomena such as smoke and fire. Traditionally, a single grid is used for computing the motion of fluids. When an object interacts with a fluid, the resolution of the grid must be sufficiently high because the shape of the object is represented by a shape sampled at the grid points. This increases the number of grid points that are required, and hence the computational cost is increased. To address this problem, we propose a method using multiple grids that overlap with each other. In addition to a large single grid (a global grid) that covers the whole of the simulation space, separate grids (local grids) are generated that surround each object. The resolution of a local grid is higher than that of the global grid. The local grids move according to the motion of the objects. Therefore, the process of resampling the shape of the object is unnecessary when the object moves. To accelerate the computation, appropriate resolutions are adaptively‐determined for the local grids according to their distance from the viewpoint. Furthermore, since we use regular (orthogonal) lattices for the grids, the method is suitable for GPU implementation. This realizes the real‐time simulation of interactions between objects and smoke.     

基于3dsmax的船舶三维运动仿真

该文尝试使用3维软件3dsmax作为仿真平台,调用其下的reactor动力学模块,对船舶模型在水中的交互运动进行了预报。通过两个仿真试验,介绍了这种虚拟脱实技术的工作原理,展示了其快速实时,交互方便的优势。一个试验是通过对帆船在风作用下的仿真,得到了位移响应曲线和运动动画;另一个试验是通过对船舶破舱进水倾覆过程的模拟,得到了各个时刻船的浮态。     

基于某型防空导弹的尾焰仿真研究

应用粒子系统对某型号导弹武器系统的尾焰仿真进行研究,给出的尾焰仿真模型和粒子简化模型,改进了粒子系统在模拟不规则物体时为了达到逼真程度而增加粒子数量,但影响系统实时性的传统做法。该模型可以用较少的粒子就能达到系统的实时性和逼真程度很高的效果,最后在基于DirectX平台上利用VC 语言进行了绾程实现,验证了该方法的有效性和实用性。     

基于局部力场的粒子系统仿真

粒子系统是迄今为止被认为模拟不规则模糊物体最成功的一种图形生成算法。该文首先是对粒子系统的关键技术及其发展进行简要地论述。然后针对粒子系统的实时性与真实感的问题提出一种局部力场的方法。这种方法的实现并不是让每一个力场都作用于所有粒子,而是让其有一定的作用范围,当粒子进入到这个范围后才受到本力场作用。如此可以减少复杂度,而且能较灵活地实现多种多样的行为效果。最后该文应用这种方法实现了礼花、火焰、烟等几个典型的粒子系统实例,并对实现中的关键技术进行了详细论述。     

卷积动态仿真的设计与实现

为了生动地演示卷积的动态效果，搭建一个整体架构来实现卷积的仿真，用Java类对架构的关键模块作了详细的说明，封装了信号处理类和表达式分析类，设计了坐标系中动态调整图形显示的算法，利用多线程和双缓冲技术实现了卷积的动画效果。测试结果表明，仿真具有很好的交互性和动态性，形象地展示了信号卷积的动态过程和基本性质。并且设计方案具有较大的通用性，把其中涉及到卷积计算的特定内容稍做修改，也可以进行信号与系统课程中其它相关知识点的仿真。     

用两层分类算法进行视频烟雾检测

为提高视频烟雾检测的准确性,提出一种基于概率的两层最近邻自适应度量分类算法(PTLNN)来进行烟雾检测.该算法以最小化平均绝对误差为原则,结合AdaBoost和KNN算法的优势,充分考虑局部和全局的样本分布,能明显提升分类精度.采用离散余弦变换(DCT)和离散小波变换(DWT)两种方式对烟雾特征进行提取,并验证算法性能.通过与传统算法的对比实验发现,采用离散余弦变换并结合PTLNN算法在视频烟雾检测方面具有更好的效果,既满足实时性要求又提高了检测精度.     

通信网络随机模拟的快速方法研究

引入现代控制科学离散事件动态系统摄动分析思想，提出通信网络随机模拟的快速并行算法。在一台个人计算机上根据被模拟网络在一组参数下的仿真样本轨迹，同时构造一簇不同参数集合的网络系统样本轨迹。