真实感固流交互动画的统一物质点法模拟

固流交互模拟是基于物理的流体模拟技术的重要研究内容,其中如何解决非穿透 和滑移接触是难点。为此,提出一种真实感固流交互动画的统一物质点法模拟方法。首先,给 出一种基于物质点法的快速微可压缩流体模拟方法,并在统一背景欧拉网格上对固体和流体动 量方程进行求解;其次,检测固流接触区域并在其上构建局部多重背景网格,给出一种动量守 恒保持的速度修正方法对固体和流体各自网格结点进行速度修正,从而实现固流交互的非穿透 和滑移接触效果模拟。实验结果表明,该方法可以模拟稳定、真实的固流交互动画,适用于计 算机图形学和虚拟现实领域中的真实感模拟应用。     

流-固交互及可变形体破裂的真实感模拟

为了模拟流体与动态环境的相互作用,提出一种流-固交互及可变形体破裂的真实感建模与绘制的算法.该算法使用光滑粒子流体动力学(SPH)与有限单元法(FEM)分别对流体与变形固体进行建模;再根据流-固交互作用的特点,给出一种快速分离液体表面粒子与固体表面网格的交互方法,并采用虚节点的流-固耦合模型模拟了液-固相互作用力.文中算法可用于多个流-固交互破裂的现象,如水管崩裂、水冲堤坝等.     

基于BML模型的二维交通流系统的模拟分析

BML模型是专门用于模拟分析交通现象的元胞自动机模型,利用此模型通过计算机模拟二维城市交通流系统,找出车辆的平均速度与平均密度等参数的关系,通过编程模拟的交通流的时空图可以得出当车辆密度保持基本不变时,交通流由完全阻塞相恢复到运动相存在着自组织性,并且指出相变点的位置与平均密度有着密切的关系,同时分析了临界密度在交通控制中的实际意义。     

基于DSM湍流模型的气固圆湍撞击流模拟

采用改进的DSM大涡模型模拟气相湍流流动,采用颗粒轨道模型模拟颗粒运动,在双向耦合气固湍流数理模型基础上,采用蒙特卡洛方法Tanaka模型进行颗粒碰撞计算,取得相同颗粒数量下不同粒径的固体颗粒随湍射流运动对气相射流的调制规律及颗粒弥散规律.结果 表明,较大粒径的颗粒加强了气流刚性,由于颗粒惯性较大,对冲碰撞使颗粒在碰撞滞止点聚集,使流场中颗粒相浓度分布不均;中等粒径的颗粒对气相耗散较小,颗粒受到离心力主导影响,碰撞后仍沿涡的外围扩散;较小粒径的颗粒对气相耗散严重,颗粒跟随性好,大多聚集在涡核内,碰撞后仍随气体向外扩散,在流场中分布均匀.     

胶囊机器人与肠道准静态交互的临界滑动阻力研究

目前,胶囊机器人从静止状态到相对运动发生的这一过程中所需要克服的阻力尚无有效数据.本文针对这一问题进行交互分析,量化影响临界滑动阻力的因素.首先基于Ciarletta的超弹模型,分析"内力-摩擦"式和磁驱式胶囊机器人实现运动所需的临界滑动阻力.首先分别建立了包括胶囊机器人头部压力、中段摩擦力和头部摩擦力的阻力模型,并根据力的平衡关系获得临界滑动阻力的表达式.其次,构建了实验台并利用家猪的离体小肠开展了实验.随后对影响临界阻力的参数进行了分析,包括胶囊机器人外径与肠管的内径比(R/r)、肠管摩擦系数和胶囊机器人的中段长度.临界滑动阻力的理论计算结果与实验结果达到较好的吻合.R/r和肠道摩擦系数的增大都会导致临界滑动阻力增大.胶囊头部所受摩擦力在阻力中所占比例小于1%.胶囊机器人受到的阻力与其中段长度呈线性关系.提出的模型能够准确地预测临界滑动阻力,可体现各因素的影响,其中最为主要的影响是R/r.     

SPH固流交互中的实时固体破碎动画模拟

目的 针对固流交互中的固体破碎现象模拟研究较少、物理模型复杂、多求解器耦合性差、真实感与实时性难以兼顾等问题,提出一种适用于光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics,SPH）固流交互统一粒子框架的实时固体破碎模拟方法。方法 首先,结合断裂力学理论与统一粒子框架下固体边界粒子的空间和物理特性,构建基于物理的能量分析模型。然后,通过实时分析固体与流体之间的能量转化和自身能量平衡,将满足条件的粒子作为破碎发生的启发点。最后,采用基于几何的碎块生成方法,将启发点集作为种子点构建Voronoi图,完成碎块的生成。为确保模拟系统实时性,将模拟系统进行并行优化并加载至图形处理器（graphics processing unit,GPU）并行执行。结果 通过在不同复杂度和粒子规模的实验场景中进行模拟得到的结果表明,本文方法能够稳定地模拟固体受到流体冲击后发生的破碎现象,破碎细节真实感良好,在百万级粒子规模下能够满足实时性要求,可大规模并行执行且GPU加速效果显著,加速收益随场景规模增大而增大。结论 与现有研究相比,本文方法充分结合物理与几何方法的优点,与SPH统一粒子框架具有更高的耦合性,能够稳定地模拟固流交互中的固体破碎现象,细节符合现实世界物理规律,真实感渲染效果良好,可应用于洪涝、海啸、溃坝和泥石流等自然灾害的交互式预演、电子游戏特效等领域。     

分布式交互模拟技术在国防部门的应用

文中着重介绍了分布式交互模拟（ＤＩＳ）这一新的技术，它在模拟系统的设计、训练方法及改进材料采办过程等方面为国防部门提供了新的机会。文章随后介绍了国防部门所采用的一些ＤＩＳ项目，最后简要讨论了为充分达到ＤＩＳ潜力需要克服的技术问题。     

撞击流反应器内气固两相流动的数值模拟

采用标准k-ε湍流模型和颗粒轨道模型模拟了水平撞击流反应器内的气相流场和颗粒运动,实验采用压力计和PV4A光纤速度测量仪测量了整体压力损失和颗粒沿喷嘴轴线的速度变化,模拟得到的规律和实验结果基本吻合。通过模拟还得到了单侧颗粒进料时的颗粒运动特征、颗粒的最大渗透深度和平均飞行时间等信息。结果表明,撞击区域集中在2～3倍喷嘴直径范围之内,气流场的速度和压力呈对称分布,颗粒进入反向气流后速度急剧衰减,最大渗透深度约为喷嘴直径的2倍,颗粒的平均飞行时间在0.7 s～1.8 s之间。随着喷嘴气流速度的增加,颗粒物料更容易被气流带走。     

一种流模拟与包模拟结合的新网络模拟技术

随着网络应用的发展,网络的结构、规模日趋复杂化,包模拟技术难以适应大规模网络的模拟任务,而流模拟技术虽然有较高的模拟效率,但其模拟精度不如包模拟技术。使用流模拟实现对模拟系统中背景流的模拟,使用包模拟实现对特定网络行为的精确模拟,从而实现了一种包模拟与流模拟相结合、兼顾包精确度与效率的新模拟技术。与其它同类方法相比,该模拟技术将数据包映射为流,实现了背景流与前景流相互作用的准确模拟,从而达到良好的模拟精度与模拟效率。     

不互溶液体交互的快速模拟

为模拟不互溶液体之间的交互现象,提出了一种基于粒子的模拟方法.通过建立一个简单有效的液体间界面张力计算模型,并利用光滑粒子流体动力学的基本方法进行求解,实现了对多种不互溶液体间交互的快速模拟.通过2组实验分别模拟2种液体间和3种液体间的交互,并与传统SPH方法和Müller等人的方法进行了对比,验证了算法的优越性.计算界面张力所需的计算量非常小,能够快速真实地模拟多种液体交互的不互溶现象,可适用于多种图形、动画的具体应用.     

基于DIS的装备作战仿真的智能评估分析与研究

根据分布式交互装备作战仿真的特点,结合当前评估技术的研究成果,系统全面地分析了基于 ＤＩＳ的装备作战仿真的智能评估的概念、功能、指标和方法,提出了智能评估系统的体系结构,为一般大系统的评估提供了指导方法。     

基于VRML技术的分布交互式虚拟战场仿真

虚拟战场环境仿真是当前研究的热门内容，而分布式虚拟现实已成为当今网络技术发展的必然趋势。该文将虚拟现实技术应用于战场仿真，采用VRML等网络关键技术作为支撑平台，实现了仿真的分布特性和交互特性。     

一个基于普通以太网的分布式交互仿真系统设计

该文介绍了"远程多管火箭炮火控系统仿真"的总体结构,并针对实现环境的硬件限制,提出了从体系结构、网络通讯控制及三维实体优化建模等方面综合提高系统实时性的具体途径。     

基于细胞自动机的交通流模拟控制

该文以JAVA语言为仿真工具,通过构造二维细胞自动机模型,对平面十字交叉路口的交通流进行了分析和模拟控制。仿真结果较为理想,这充分说明了细胞自动机极其广泛的应用前景。     

基于流程图和仿真的维修培训系统

传统复杂机电系统（如武器系统）的维修培训一般在产品或样机生产出来后进行,存在响应慢、成本高等问题.为此,该文研究开发了一个基于流程图和仿真的维修培训系统（Maintenance Training System,MTS）.该系统采用非沉浸式、低成本的桌面虚拟现实技术,利用维修流程图进行维修过程展示,通过仿真演示维修动作.系统包含维修课程定义和维修任务演示两大模块,采用面向对象的编程语言实现.系统的成功开发,提高了维修培训的效率,降低了成本,避免了场地等条件的限制,而且在仅有产品CAD模型时,就可建立MTS系统,而不必等到实际产品或原型生产出来,因此可以提高培训的时效性,同时也利于维修人员与产品工程师等之间的及早交流,提高产品设计的可维修性.     

基于元胞自动机的城市交通流仿真系统

利用元胞自动机理论，建立了单车道及交叉路口交通流模型。为了使用户直观的了解交通运行状况，以便采取有效的优化措施对交通进行管理，设计并实现了城市交通流仿真系统。该系统具有优化功能，能够通过对数据的分析，产生交通管理的优化策略，对优化城市交通提出可供借鉴的措施。     

基于RELAP5和DataSocket技术的交互式仿真平台的开发

设计采用DataSocket技术进行数据交换的交互式实时仿真方案。修改RELAP5程序实现仿真计算的实时化和与外部程序的动态数据交换．构成以LabV[EW为仿真人机交互界面的交互式仿真平台。仿真案例表明平台各程序之间能够进行有效的数据交换．修改后的RELAP5程序可响应外部数据的变化,并体现到后续的仿真计算中。     

基于离散小波变换的网络流量模拟算法与分析

提出了基于离散小波变换的IP网络流量模拟算法,研究表明基于离散小波变换的细节信号作分割和随机重组,蕴涵着实测过程固有变化特性。并在细节上和原过程在时序变化上存在差别。达到了随机模拟的目的。     

Interactive Large‐Scale Procedural Forest Construction and Visualization Based on Particle Flow Simulation

Interactive visualization of large forest scenes is challenging due to the large amount of geometric detail that needs to be generated and stored, particularly in scenarios with a moving observer such as forest walkthroughs or overflights. Here, we present a new method for large‐scale procedural forest generation and visualization at interactive rates. We propose a hybrid approach by combining geometry‐based and volumetric modelling techniques with gradually transitioning level of detail (LOD). Nearer trees are constructed using an extended particle flow algorithm, in which particle trails outline the tree ramification in an inverse direction, i.e. from the leaves towards the roots. Reduced geometric representation of a tree is obtained by subsampling the trails. For distant trees, a new volumetric rendering technique in pixel‐space is introduced, which avoids geometry formation altogether and enables visualization of vast forest areas with millions of unique trees. We demonstrate that a GPU‐based implementation of the proposed method provides interactive frame rates in forest overflight scenarios, where new trees are constructed and their LOD adjusted on the fly.     

基于Agent的交通流微观仿真系统框架研究

目前Agent技术已经成为人工智能技术和计算机软件学的热点研究问题。该文将Agent概念和技术运用到交通流微观仿真系统中,建立了交通流微观仿真系统框架,比较详细地介绍了交通个体Agent的分类和各自的属性,对机动车、非机动车和行人的Agent集合进行了定义,讨论了他们的属性,同时依据交通控制的分层结构,对交通控制Agent进行了分类,对各层的属性进行了研究,最后对影响交通个体Agent行为的外界环境进行了描述,从理论上对Agent在交通仿真中的应用进行了较为完整的研究。