三维动态云快速模拟的新方法

自然景观真实感的模拟是计算机图形学领域中的研究热点和难点之一.尽管人们对静态云的真实感模拟进行了大量的研究,动态云模拟的工作还比较少.动态云的快速模拟技术在计算机游戏动画、飞行视景仿真、影视广告等许多领域具有重要的应用价值.提出了一种三维动态云快速模拟的新方法.首先,在较低分辨率的网格上求解云运动的物理方程,获得动态云的速度场.然后,采用纹理漂移的方法来增加云的表面细节.通过充分利用GPU的加速性能,该算法可以达到较高的绘制速度.最后,对上述算法进一步优化处理,使其可以适用于多种硬件平台.     

云的真实感模拟技术综述

云作为自然场景的一种重要组成元素,其形状不规则、物理形成过程复杂,因此很难实现实时绘制,云场景真实感模拟已成为计算机图形学中的热点和难点之一。综述了二十多年来云场景真实感模拟技术的发展情况,分别从云的建模、动态模拟、光照效果模拟等几个方面对该领域的研究进展做了比较深入、全面的分析,介绍了典型方法的基本原理和优缺点。最后对一些具有代表性的模拟方法进行了比较和总结,并对未来发展趋势进行了展望。     

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。     

基于动态网格的云的实时仿真

为实时绘制真实感的云场景,针对已有基于网格的方法效率低下的问题,提出动态网格方法,充分考虑风对云的发展变化的影响.在动态网格上离散化云的运动方程和热动力学方程,根据视距的变化调整网格分辨率.在云的绘制过程中,将Cornette-Shanks相位函数用于多重前向散射模型,并采用GPU加速来提高仿真效率.实验结果表明,提出的动态调整网格分辨率的方法提高了仿真效率,可以实时模拟云与物体的交互和绘制真实感的云图像.     

一种云场景的实时渲染方法

探讨了真实感云场景的模拟技术,设计了一种云场景的实时渲染方法。基于Perlin噪声建模生成云浓度图,并采用考虑浓度的Phong光照模型与单向散射光照模型,分别计算反射光和透射光,改善了传统方法无法真实反映不同角度太阳光照的问题,实现了不同时段动态云场景的绘制。通过引入基于GPU的Bumping纹理算法与Render-to-Texture技术,极大提高了云场景的渲染速度。实验结果进一步表明该方法能够同时满足真实感与实时性两个方面的要求。     

三维动态云模拟

云在户外场景的模拟中起着重要的作用.基于云的物理特性,在云建模方面,在三维网格单元上赋予云的速度、密度、温度等物理属性值,利用Navier-Stokes方程描述云的聚散和运动,丰富了云模型的物理特性;为了表现云的扩散作用,加入黏性项和漩涡性,更真实地表现了云的湍流效果;同时在模拟域中加入一个随机函数,实现了云在运动过程中外形的随机性和不确定性;在云渲染方面,考虑太阳光照方向和视点方向的光照强度,使用单向散射光照模型,提高了云的渲染速度.采用迭代更新纹理数据值的同时改变模拟域的世界坐标值的方法实现云的动态飘动效果.实验证明该方法生成的云真实感强,实现了三维动态云的模拟.     

基于GPU的动态天空场景仿真

针对三维天空场景仿真中出现的场景实时性和真实性不能满足用户的需求等问题,提出了基于GPU (graphic processing unit)的动态天空场景仿真方法.在开源场景图形系统(OpenSceneGraph)开发平台上,使用基于物理的方法计算出一天中不同时刻天空的背景色;采用shader技术,用OpenGL着色语言(GLSL)在GPU上对云、太阳进行模拟;针对太阳的位置,绘制出具有真实感效果的光晕.实验结果表明,该仿真方法可以绘制出具有动态效果的、天空颜色能平滑过渡的天空场景,并且真实感强.     

真实感云的快速建模

快速云建模便于真实的三维室外场景规划,提出概率场参数控制的元胞自动机方法近似模拟云生成的物理过程,生成云密度体数据,引入符合粒子运动规律的不规则布朗运动随机模型创建概率场,生成的云具有真实云的外形特征.所有建模过程在可编程图形硬件卡上实现,模拟速度满足交互式系统要求.引入考虑了太阳光和背景光的单次散射光照模型,利用光线投射直接体绘制渲染出三维真实感强的云图像.应用到三维虚拟地理环境中增强了场景真实感,建模绘制速度满足交互要求.     

柔性物体动态变形的实时仿真

在计算机动画和虚拟现实技术中,基于物理的建模方法是高真实感地模拟物体受力变形和运动的有效途径,用简化的质点-弹簧模型具有物理真实感地动态的模拟柔软物体变形过程.质点的运动满足拉格朗日运动方程,采用了微分方程组来表示质点的运动规律,同时还将一个简单的柔软物体碰撞处理方法应用在质点-弹簧模型中,实验结果表明该方法是简单有效的.     

基于细胞自动机的动态云实时模拟

具有真实感云的实时模拟应用非常广泛。基于细胞自动机技术建立云模型,明确了边界网格点的处理方法。通过改进变换规则,引入了上升气流的作用,加快了运行速度并反映了云的真实特性。在光照计算过程中,将多重前向散射光照运用于细胞自动机方法中,并将近似米氏散射的Henyey-Greenstein相位函数嵌入到前向散射光照模型。仿真实验表明,该方法提高了云的外观的真实性,可以实现云的实时绘制。     

基于粒子系统的战场环境特效仿真中云的模拟

基于粒子系统的特殊效果仿真是虚拟战场可视化仿真中的一个重要环节。本文以战场环境仿真为目的,阐述了粒子系统的原理,对自然环境中的云的物理特征进行了描述与分析,提出了基于粒子系统原理云模拟过程中的简化思路与模型,对云的动态方程进行改进分析,最终在Vega中根据简化模型实现了云的三维特殊效果仿真,并成功将其方法运用于某战场环境仿真系统中,最后给出了独立云团的效果图以及使用本文所研究的方法所得到的某战场环境仿真效果图。     

基于分形几何的动态云模拟

云是一种重要的自然景观。对云彩的模拟在视景仿真系统、计算机游戏、三维动画中有着广泛的应用。该文针对目前一些云彩模拟方法中存在的实现复杂、计算耗时、图像分辨力不高且只能生成静态云等问题,提出了一种在分形几何的Diamond—Square算法中采用改良的随机数发生器和顶点扰动、纹理运动结合模拟实现动态云的方法。基本思想是通过运用二次随机法构造改良的随机数发生器,并把它应用到分形几何的Diamond—Square算法中生成逼真的静态云图,然后通过顶点扰动、纹理运动结合模拟实现动态云。最后运用VC＋＋和OpenGL开发工具实现了云的动态模拟。结果表明,该方法实现简单,可获得实时、逼真的动态云效果。     

基于重复纹理映射的动态云实时模拟研究

云是一种常见、普遍的自然现象,云的建模和渲染是计算机图形学领域的一个难点问题。利用重复纹理映射技术将多幅二维纹理图片加以组合,对三维动态云进行建模,通过瞬时对云进行平移、缩放等操作来模拟云的动态变化,进一步采用Alpha色彩融合技术模拟动态云的聚集、消散以及受到风力影响后云的形态变化等效果,通过采用多层重复纹理映射的叠加模拟层云,取得了很好的动态云模拟效果。所提出的动态云的建模方法简单,避免了大量繁琐的计算,提高了动态云的生成速度,满足了动画等应用场景中对动态云的实时性要求。实验结果验证了所提出的动态云建模方法和渲染生成方法的有效性。     

私有云平台服务能力检测方法

针对现阶段使用私有云评测方法缺失所导致搭建私有云供需不匹配的问题,提出了一种自适应、可扩展的私有云系统能力检测方法,可对基础设施即服务（IaaS）云计算系统能力进行评测。首先,通过私有云应用程序接口动态扩展虚拟机数量;然后,通过性能特征模型选取虚拟机所需配置的硬件信息和操作系统类别,并根据用户的需求差异使用不同的负载模型,形成相应的模拟运行环境;最后,使用云计算服务等级协议（SLA）作为测试标准来衡量私有云服务能力。使用所提方法对Openstack开源私有云平台的能力进行了评测,实验结果表明,所提方法可以准确得出私有云服务能力,结果和用户实测一致。该方法负载生成成本更低,测试效率更高。并将该方法与Openstack自带的组件Rally进行对比,拓展性和负载动态模拟有很大的改进。     

Modeling of service agents for simulation in cloud manufacturing

Cloud Manufacturing is a paradigm of intelligent manufacturing system with information opening, resource sharing, and diversified services. In order to research the issues in cloud manufacturing, such as behaviors of a service provider and service consumer, matching of service, dynamic change of resource, verification of business model, scheduling of service and evolution of service network, cloud manufacturing simulation platform is widely applied. However, the method of simulation-based on agent or rule lacks to represent the characteristics of service in cloud manufacturing. This paper presents a method of integrating the service and agent to form a service agent. The service agent integrates intelligence to the service in cloud manufacturing so that it can trade autonomously and adapt itself to the environment. A simulation case of production takt is presented in the rear of the paper. It shows that the conceptual model of the service agent and the communication architecture of the service agent can build the service agent model, which can support the cloud manufacturing simulation platform.     

云计算环境下仿真计算机取证研究

文章首先介绍了传统的计算机取证技术的困境,然后引出云计算环境下仿真计算机取证的系统构建方法和结构体系.该系统充分利用了云计算环境的高效计算、海量存储、并行处理等特点,利用服务器虚拟化技术和桌面虚拟化技术,以及成熟的分布式并行计算框架,将传统的计算机取证模式转化为动态、并行、高效的云取证模式.     

基于容器技术的电力设备仿真云平台设计与开发

针对电力设备设计仿真流程中成本高、计算资源利用效率低等问题,利用Docker容器化技术和Kubernetes容器编排技术,构建基于容器的电力设备仿真云平台。结合仿真云平台的需求,从功能实现、镜像构建、云平台架构等方面设计云平台各模块,并对云平台运行中的关键处理流程进行分析。在此基础上,通过动态构建技术从特性匹配、调度算法等方面对云平台的运行进行优化。应用实例结果表明,基于容器的电力设备仿真云平台能充分发挥云平台的优势,正确地根据用户提供的参数应用模板进行仿真。