Marbling计算机仿真技术综述

Marbling是一门在液体表面制作彩色流体状图案的传统手工艺术,Marbling的计算机仿真技术是现今计算机图形学领域中模拟传统绘画方法的一大组成部分.文中对现有的计算机Marbling仿真技术进行了全面的综述,并对它们在模拟方法、模拟对象、实现平台和输出格式等方面进行了详细介绍、分析和对比讨论;将现有仿真方法分为基于物理的模型方法和基于数学的模型方法2类,并介绍了3种不同类型的Marbling纹理图案的模拟技术.最后对全文进行总结,讨论了该领域未来的发展趋势和研究方向.     

动态水面数据采集与重建方法

自然现象模拟是计算机图形学中的一个重要研究热点.如何快速逼真地模拟自然现象是此类研究的主要目的.传统的解决思路大多采用基于物理的建模方法,而随着采集设备的快速发展,基于采集图像的重建方法得到了广泛关注与研究.本文以液体为研究对象,总结了近年来基于采集图像的重建方法的部分研究成果.针对动态水面,提出了一种动态水面数据采集与重建方法.首先,设计并搭建一套基于多相机的动态水面数据采集系统,采集得到多视图下不同水面运动现象的连续帧图像.其次,通过提取采集图像序列中每幅图像的亚像素级特征点,进行特征点匹配并建立特征点与物理空间中三维点的映射关系.然后,结合水介质的光学折射特性迭代求解水面上三维点阵的高度场和法向量.最终获得动态水面的重建结果.实验结果表明该方法能快速生成与采集水面可视效果相近的三维重建结果,可在计算机游戏、医学、科学研究可视化等领域具有应用前景.     

自然现象的数据获取与模拟

数学物理建模和图形学仿真得到的各种虚拟自然现象,可以在一定程度上满足用户的感知体验,但却难以与真实自然现象具有高精度物理一致性.自然现象的数据获取与模拟技术从真实自然现象中直接获取多维多模态数据,根据实获数据从外观、物理、行为等多方面建立与真实自然现象高度一致的数字化模型,使得虚拟自然现象成为真实自然现象的直接映射.这种研究方法有利于虚拟现实可信度与可用性问题的解决.目前,自然现象的数据获取与模拟技术研究尚处于起步阶段,本文对其进行了综述.首先概述了模拟自然现象的基本方法和技术,然后根据自然现象基本元素的不同,分别对光照、水、火焰、烟雾、动态地形等自然现象的数据获取与模拟方法的研究现状进行了论述;最后针对自然现象数据获取与模拟研究中存在的问题和未来可能的发展方向,指出了需要进一步研究解决的若干理论和技术问题.     

车辆红外图像的计算机仿真

真实的车辆红外图像的生成是红外场景生成和实现其虚拟漫游的关键技术,它也同时在遥感测量、交通管理、车辆设计、国防和军事等众多领域有着广泛地应用。分析了影响地面车辆红外特征的各种环境及内部因素,建立了车身表面热平衡方程,并以此提出车辆三维红外成像模型。还模拟了大气传输过程对红外成像的影响,并运用计算机图形学理论设计适合红外图像的绘制方法。最后给出了地面车辆红外图像的模拟结果。从实验结果看,该方法模拟效果真实,算法可靠。     

基于拉格朗日描述的罐车内液体晃动模拟

基于拉格朗日描述的柔性多体系统动力学理论,采用绝对节点坐标有限元方法描述液体大变形运动,开展铁路液罐车内液体晃动模拟研究.本方法能够模拟液体自由表面的连续性变化,并适用于研究具有复杂外形容器的内部液体晃动问题.基于流体力学牛顿体基础理论,推导液体粘性方程和满足体积不可压缩的条件方程;采用基于绝对节点坐标方法描述的实体单元进行液体网格划分;采用罚函数方法描述液体与罐体之间的接触关系,组建液体-罐体耦合多体系统动力学方程.仿真计算液罐车内液体的横向和纵向晃动行为,发现液体自由表面形状呈非线性变化,不同断面处的高度和形状不同.     

鄂州体育中心规划设计的计算机三维仿真

以鄂州体育中心新区的规划设计为研究对象,进行了可视化的计算机三维 仿真。利用航空照片取得鄂州体育中心新区的数字高程模型数据建立三维地面模型;结合处 理后的卫星照片正射影像图作为贴图附于地形表面,模拟体育中心的地形、地貌。运用建模 动画及后期制作软件构建了体育中心规划设计的三维动态仿真。结果表明计算机三维仿真在 规划设计中的运用比传统图纸和模型的形式更加适合与公众进行交流并得到更加真实、直观 的反馈。     

计算机仿真中的真与假

计算机仿真,通俗地说,就是在计算机上模拟各种真实的事物或现象。这个过程的实现依赖于三个基本环节:一、将被模拟对象的性质和相关规律用数学、物理语言进行描述,这一过程叫做数理建模;二、结合计算机工作的特点,将建立的数理模型表达成适合计算机快速计算的算法及相应的数据结构,这一过程称为仿真建模;三、将建立的仿真模型在计算机上实施计算并把结果通过图形、动画或专用技术显示出来以实现对对象的分析,这一过程称为仿真试验(也称为可视化过程)。计算机仿真的应用计算机仿真已经在许多领域得到了广泛的应用,发挥着越来越重要的作用。例…     

数字化三维蹦床运动模拟与仿真系统——VHTramPoline

设计和实现了一个用于辅助蹦床运动科学训练的计算机模拟与仿真软件系统VHTrampoline.其原理是:在人体运动生物力学数据和真实人体运动捕获数据的基础上,通过运动编辑技术实现技术动作的修改和成套技术动作的模拟,并用人体运动方程分析和验证模拟结果;同时,基于虚拟现实方法将模拟结果与真实视频同步对比实现可视化的分析.除了必须的交互操作,文中涉及到的计算都是实时的.与传统训练方法相比,该系统具有直观、量化等优点.     

关于天空动态仿真技术研究与实现

天空的建模和渲染是计算机图形学领域的一个研究难点,对其研究有着重要的现实和理论意义.从天空的建模方法、光照模型、绘制效率三个方面对天空仿真系统进行了研究.提出了更加适合在户外大场景仿真中应用的球形天空体的建模方法;改进了Fourier合成自然纹理的方法,并将其应用于云彩模拟中;并采用多层天空盒和雾化技术来增加天空仿真的真实效果.实验结果表明,使用文中的仿真算法得到的仿真图像对于提高用户的沉浸感和真实感效果显著.     

纳米管道中电渗流的分子动力学仿真

采用分子动力学模拟方法,研究了不同表面电荷密度下圆柱形纳米管道中溶液粒子分布情况及电渗流特性.采用更为接近工程实际的纳米管道模型,在管道中段离散分布一定数目的单位元电荷,平衡后,再取出该段在两端加上电场进行电渗流驱动过程模拟.仿真结果表明,表面电荷密度越大,电荷倒置现象越明显,电荷倒置现象对电渗流有直接影响;其次,仿真结果也表明基于连续体理论的Poisson-Boltzman方程已不能准确地描述纳米管道中的离子分布情况,尤其是在靠近管壁附近,该方程得到的离子浓度与模拟结果差异较大;基于Navier-Stokes方程的流体动力学理论,对其边界条件作适当改变后,在管中心区域其预测结果可以与模拟结果吻合得较好;而在靠近管壁的区域由于溶液粘度发生变化,连续理论的预测与模拟结果存在明显差异.     

基于移位的递归子分割方法

自然景观的计算机三维模拟图形学研究的重要领域之一。本文在分析比较几种自然景观模拟方法之后，提出了一种模拟山水景观的基于移位的递归子分割方法。该方法不仅可以进行景观特征的局部控制，而且克服 景观模拟中的“折痕问题”，我们已用该方法在ＳＧＩＩＲＩＳ４Ｄ／２５图形工作站上实现了山水的三维模拟，得到了满意的效果。     

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。     

一种新的离散格子气模型及其在自然场景仿真中的应用

自然气象场景的模拟与大气流体运动模拟密切相关。三维的离散格子气模型需要采用复杂的FCHC网格方能满足流体运动模拟的对称性要求。本文提出了一种基于翻转概率的离散格子气模型,在正交三维网格上实现了流体运动的模拟,在满足对称性要求的前提下,实现了离散格子气模型的快速模拟。本文利用该模型实现了云景仿真的模拟。实验证证明,这种模型对于流体模拟是有效的。     

布料仿真建模研究进展

布料仿真一直是计算机动画中的研究热点与难点,对提高计算机动画质量以及用户体验具有重要意义,布料是一种非常经典的柔性材料物体,遍布于人们的日常生活中。虚拟世界中虚拟角色强烈的视觉真实感主要来源于逼真的虚拟人物的服装动画,这在很大程度上可以增强用户的体验感,在游戏娱乐、电影电视和动画制作等领域有着十分广泛的应用前景。布料仿真的质量与速度直接决定了计算机动画的整体水平,而布料的模拟水平则起着至关重要的作用。随着计算机软硬件的不断发展和计算机动画市场需求的提高,对布料仿真建模方法的研究受到越来越多的关注,布料仿真建模方法也因此有了较大发展。本文通过回顾布料仿真建模方法的相关工作,对国内外方法的研究进展进行综述,从布料仿真中数值积分方法的改进、多分辨率网格的改进和机器学习方法的使用等方面对布料仿真方法的发展进行简要阐述,并根据不同方法在布料模拟应用上的特性,对几大类改进方法进行了相应的总结与展望。同时选取几种算法进行对比,并给出建议。     

交通系统计算机仿真研究综述

交通仿真是交通系统的研究、规划、验证和开发中一项广泛使用的技术。它是计算机仿真技术在交通工程领域的应用。该文首先系统地分析了交通系统计算机仿真研究的意义,分别讨论了传统交通系统和智能交通系统与仿真技术之间的关系。在此基础上,概括了国际上交通仿真研究的领域和方法,并对其目前发展状况和具体应用情况进行了详细介绍。最后,结合计算机仿真技术的最新发展,预测了交通仿真未来的7大发展趋势：虚拟现实技术、网络化与系统集成、并行计算、面向对象编程、离散仿真、交通需求仿真和控制系统仿真。     

基于OGRE粒子系统在烟花渲染中的研究

为了实现对自然现象和景物及日常生活进行真实模拟,在游戏和虚拟生活中都要创造大量的虚拟场景,使用虚拟渲染也节省开发成本,加上粒子系统在计算机图形学中的地位十分重要。文中在OGRE（Object-Oriented Graphics Rendering Engine）引擎架构上,对粒子系统的原理、结构和其脚本语言、粒子系统的烟花虚拟渲染流程进行了研究,文中对以往烟花渲染进行了改进,提出一种程序和脚本相结合的方法,通过OGRE引擎进平台进行实验论证,实验结果取得了较好的视觉效果,证明文中提出的方法可行,而且节约开发时间和提高开发效率。     

固体入水的边界压力处理及表面粒子位置的修正

基于传统光滑粒子流体动力学(SPH)方法的边界力法、虚粒子法或耦合力法处理固体入水时,流体与固体交互界面的粒子密度不连续、压力不稳定、固体边界处会发生部分流体粒子穿透或分离等现象,而流体表面因为受到力的作用,表面破碎后,液面较粗糙.针对上述问题,结合边界力和虚粒子的优点,对耦合力法进行改进,处理运动固体边界,阻止流体粒...     

流体模拟动画技术新进展

自然场景的模拟一直是计算机图形学研究的热点,随着动画影视、虚拟现实以及计算机游戏的飞速发展,对流体模拟技术的绘制速度与场景细节真实感的要求也在不断提高。通过描述最近几年来流体动画模拟领域的新技术,对流体模拟计算仿真的主要步骤细节技术进展进行分析讨论,并指出流体动画模拟技术进一步的发展方向。     

GPU加速的台风可视化方法

自然现象的可视化是计算机图形学和虚拟现实领域的重要研究内容。对传统光线投射算法分析的基础上进行改进,提出基于球壳体的光线投射算法。将GPU运用于球壳体数据场的体绘制,设计了基于球壳体数据场的顶点着色程序和像素着色程序。同时,对台风源数据格式进行解析,生成了用于台风可视化的体数据,采用提出的算法实现了台风云层和因子的可视化。实验结果表明,本文基于GPU的球壳体光线投射算法在球体表面较好地实现了实时台风可视化效果。