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.     

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.     

动画烟雾动态模拟算法研究

随着计算机动画技术的发展,烟雾等自然场景的动态模拟在仿真虚拟研究中占有越来越重要的地位.对各种计算机生成动画烟雾的模拟、动态控制等算法技术进行了深入研究,在总结相关算法技术的基础上,利用粒子系统作为基于物理规律的模拟,采用平滑粒子动力学(SPH)模型,将姻雾建模为102～103数量级个数的平滑粒子,并根据粒子密度推导出粒子受到的扩散力,将关于外力的物理参数直接定义在烟的粒子上,提出了动画中烟雾的实时动态模拟算法和模拟步骤.     

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OpenGVS战场火焰烟雾的模拟

战场特效有助于虚拟战场环境气氛的烘托,其模拟质量直接影响着整个战场仿真的质量.对于战场上的烟雾、火焰等不规则物体,不能采用传统的几何方法建模,而只能采用粒子系统等复杂的数学模型进行模拟.但在战场环境模拟时,同一场景中常常会出现多处火焰、烟雾的情况,这时巨大的计算量势必大大影响场景仿真的实时性.文章对基于OpenGVS的特效实现方法进行了研究,提出一种基于OpenGVS开发平台,将粒子系统模型与二维纹理动画模拟相结合的实现方式,明显减少了模拟所需计算量.将此方法运用到某型高炮训练仿真器的场景模拟中,实际应用表明,保证实时性的同时使战场特效得到了高质量的模拟.     

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。     

基于粒子系统的爆炸烟雾模拟

粒子系统是3D技术中模拟烟雾的一种常用方法。本文针对爆炸烟雾的运动方式,通过控制烟雾粒子大小及其运动速度方向以模拟烟雾扩散膨胀,采用粒子法线旋转及粒子采样纹理时顶点旋转来模拟烟雾翻滚效果,通过Alpha混合技术及将粒子四边形转化为球面方法来实现烟雾粒子的绘制过程,使用较少粒子数模拟出较逼真的爆炸烟雾扩散效果。实验表明该方法具有较好的实时性。     

基于LOD建模的视景仿真生成技术研究

细节层次(LOD)模型是指对同一个场景或场景中的物体,使用具有不同细节的方法得到一组模型以实现三维场景仿真,而视景生成会使仿真过程更直观形象。文中提出一种利用地形、景物数据库数据,采用LOD建模方法实时生成三维视景,实验结果表明该方法具有一定理论和实用价值。     

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。     

Vortex particle smoke simulation with an octree data structure

We propose an octree‐based presentation of vortex particles to simulate smoke and gaseous phenomena in a physical way. Vortex particle method prevails over grid‐based method in terms of less numerical dissipation and more detail features, but it suffers from heavy computational overhead due to per‐particle Biot–Savart integration over the entire simulation space. To alleviate this problem, we employ an octree background grid to separate the vortex particles into individual groups. Particles in groups are aggregated as a single super vortex particle to reduce computational cost. The proposed method produces comparable visual result as previous methods with much less computational overhead. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于粒子系统的瀑布模拟

以粒子系统为基础、线元为基本绘图单位,应用牛顿运动定律分析并建立瀑布运动方程,进行了瀑布场景的模拟。采用包围盒与粒子聚类检测相结合的方式以及参考射线反射原理实现了瀑布与障碍物的碰撞,并运用OpenGL中的混合技术生成半透明场景,使可视化场景更加真实。实验结果表明粒子系统在模拟瀑布等不规则物体时具有很大优势。     

基于改进Qsplat算法的三维动态积云模拟研究

尽管人们对云模拟进行了大量研究,但是现有的云模拟算法很难在保证实时性的情况下得到真实感较强的云图形。针对这个问题,提出一种结合Qsplat算法与IFS算法的粒子系统的积云模拟方法,并考虑了积云的结构特点。首先,基于Qsplat算法的细节层次树型结构建立树型结构粒子系统,加速粒子系统搜索速度;然后,对距离视点较近的粒子使用IFS迭代函数系统算法增加层次包围球树的层次以丰富云体局部细节来建立云的外形;最后,使用球形图元映射二维纹理进行云的绘制。最终实现了三维动态积云的快速实时模拟。实验结果表明,该方法能够快速地生成实时三维动态积云图形,图形真实感强。     

基于粒子理论的焰火模拟系统设计

该文简单介绍了粒子系统,分析了焰火的特点,设计了基于粒子理论的模拟系统,并对焰火模拟系统中的主要算法进行了深入细致的探讨,最后分析了算法实现的技巧。     

基于粒子系统的火焰模拟与优化

为了解决火焰模拟难以实现实时性和真实感的问题,提出了基于粒子系统的火焰模拟优化方法.首先分析了利用粒子系统模拟火焰的基本原理,在此基础上,结合纹理映射方法进行火焰渲染,然后在渲染的过程中分别从实时性和真实感两个方面对粒子系统进行了优化,使性能得到显著提高.实验结果表明,该优化方法可以有效地降低模拟时间,同时能得到更为真实的模拟效果.     

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。