基于GPU的水面模拟方法的研究与实现

介绍一种基于GPU的实时渲染方法,通过对水面的造型模拟实现高真实度的动态水面效果.主要通过网格制作以及顶点渲染方法,利用GPU的运算特性实现水面的动态渲染,并加入光照模型的设计使得渲染效果更加逼真.实验证明本文的水面渲染方法在小范围的水面模拟中具有较好的光影效果,在视觉上能产生较为真实的三维感觉,并且能够进行一定的干扰,产生水花视觉效果.     

大范围动态海浪实时渲染

为实现大范围动态海浪的实时渲染提出了一种高效方法.首先提出一种基于LOD技术的新型网格模型,采用Gerstner模型在GPU(图形处理单元)上实现了海浪的动态模拟和Choppy波的模拟,给出一种凹凸纹理贴图的方法对较远处的海浪渲染实现加速,并利用动画凹凸纹理改善海浪渲染效果;其次通过立方体纹理实现了对天空、太阳的反射效果,运用Phong光照模型实现了海浪的光照并实现了菲涅尔反射;最后采用动画纹理模拟了海浪中的泡沫,并实现了云在海面上投射的阴影等特殊效果.实验结果表明,该方法可以对90 km范围的海浪进行实时交互渲染,并已成功应用于某飞行模拟器中.     

基于GPU的实时人群混合绘制

虚拟现实技术中,大规模人群的绘制需要绘制终端具有很强的计算能力,为了提高人群动画的实时渲染速度,本文提出了一种基于GPU的人群绘制方法.通过使用静态层次细节(LOD)技术,结合几何和动态Impostor的混合绘制方法,进行实时人群绘制.实验结果表明,本文的人群混合绘制方法CPU与GPU之间负载均衡,可以获得更好的绘制效率.     

用汇编语言实现实时纹理映射技术的研究

该技术的核心是由汇编语言编写的顶点渲染器,其高效快速的特点使得实时渲染大量纹理数据成为可能.汇编语言还能够直接控制GPU进行编程,充分发挥GPU的新特性.另外,还综合利用了Direct3D中的effect技术,这使得在提高渲染性能效率的同时,简化了程序的设计结构,使程序设计逻辑更加清晰合理.     

虚拟现实(VR)中拟真物体的光照性研究——一种新的全局光照模型的提出

研究了虚拟现实中的物体成像。首先在实时渲染的基础上介绍GPU的渲染流程;其次对Lambert模型、镜面放射和Phong模型、Cook-Torrance模型、Whitted模型这四种模型渲染的代表性光照模型进行比较分析,提出了一种改进型全局光照算法,对该算法进行了实验分析。     

基于GPU的曲面自适应细分

为了充分利用图形处理器(GPU)的强大计算力和并行处理能力,并有效克服CPU/GPU间数据传输的瓶颈,提出了一种新的基于GPU的曲面自适应细分算法.通过采用细分模板(SP),在GPU的顶点处理器上将从CPU上传送来的控制网格进行求值细分.给出了自适应细分层次的判定,以及通过带裙边的SP来解决可能出现的裂缝问题.将该方法用于Catmull-Clark细分曲面和Loop细分曲面的求值显示,并推广应用到其他类型细分,和GPU上的其他着色器组合使用,对硬件要求很低,只需要能够支持顶点着色器的显卡.与CPU求值渲染、基于片段处理器求值渲染方法运行效率的对比分析,证明了该方法的高效性.     

改进的自适应特征细分方法及其对Catmull-Clark曲面的实时绘制

传统的自适应特征细分(FAS)算法对曲面上的全部特征点进行统一深度的细分,影响算法的执行效率,针对这一问题,提出了一种自适应特征细分方法。首先,设计了一种模块,即特征块处理单元(FPU),用于计算不规则区域的细分因子,根据Catmull-Clark细分模式来处理特征区域的不规则块,同时减少了GPU渲染块的数目;然后,对FAS的数据结构进行扩充,将关键点数据存放在细分表和渲染表中,GPU对表中数据进行全局细分与绘制,提高了细分和绘制的速度。实验结果表明,改进后的细分表和渲染表结构能够保证细分的动态特性和渲染的实时性。与传统FAS方法相比,本文算法能够保证三维曲面的绘制精度的同时,提高了28%的绘制速度,在实时性方面优于传统FAS方法。     

应用GPU编程的水声对抗视景系统关键技术

针对水声对抗复杂环境的实时细致再现问题,应用图形处理器(GPU)编程技术,基于开放场景图(OSG)视景引擎研究开发了一套通用的视景仿真系统.设计了系统的体系结构和场景组织,利用投影网格模型和GPU上快速傅里叶变换的方法生成海浪网格;采用纹理映射技术实现了海面的反射和折射效果;并实现了海底的光束、浮帘粒子和模糊效果;依据后续渲染技术模拟了场景的高动态范围(HDR)效果;基于FMOD音频引擎开发了OSG声音节点类,实现了物体三维声音、事件声音和背景声音的播放;基于多播组通信方式,提出了一种同步性较好、可自由拼接和拆分的多通道组合显示方法.实际应用结果表明,该系统具有较好的实时性和更好的显示效果.     

基于层次块的大地形实时细节合成及渲染算法

为解决渲染真实大地形场景面临的数据获取困难问题,减轻海量地形数据存储与调度的压力,提出了基于层次块实时生成可控的地形细节,完成地形渲染的新方法。采用了层次块结构组织采样数据。给出了基于层次块生成可控细节的方法,使用块网格细分增加采样点,提出了基于Perlin噪声的可控多重分形算法计算细节,保证了生成的细节受真实采样点属性控制。采用统一的细节选择标准完成了细节合成与LOD方法集成,其结果与原始地形块共同构成了动静结合的双层自适应层次结构,实现了视相关的大地形渲染。面向GPU实现了实时合成算法。实验分析表明了该方法能够利用有限的真实地形数据实时产生与实际地形特征相近的细节,完成大地形渲染。     

一种基于GPU加速的细粒度并行粒子群算法

提出了一种基于GPU加速的细粒度并行粒子群算法,将并行PSO求解过程转化为GPU纹理渲染过程,使PSO算法在GPU中加速执行,在取得了较好的优化效果的同时,增大了细粒度并行的粒子规模,提高了算法的运算速度,并为普通用户的并行PSO工作提供了一种可行的方法.     

嵌入式控制系统在景观水处理中的应用

为保持景观水的清澈,目前的物理方法、化学方法、生化处理法、生态处理法在不同程度上存在着水资源浪费、电能浪费、环境二次污染、技术要求高、建设周期长等问题。该文针对以上问题提出一种节能、环保的景观水智能控制方案。方案以已有太阳能系统为基础能源,通过采集设备实时采集水体的水位、氨氮、水溶解氧、浑浊度等数据,检测分析设备对数据进行分析,由智能控制设备发出指令,对景观水进行水体净化、循环等操作。该文研究的意义是将智能控制技术应用到水处理领域,为水处理提供环保、节能的处理方案,实现水处理的智能化管理。     

基于网络结构的快速跟踪式水位检测系统

针对传统水位测量方式方法存在的缺陷,采用模型研究的方法,设计出一种新型的基于网络结构的快速跟踪式水位检测系统.该系统采用AT89C55作为控制核心,辅以步进电机和其他外围电路构成底层检测系统,同时通过RS232协议和上位机进行通信,能够对多点水位进行实时检测和现场监控,并能通过网络传送数据,实时显示水位曲线,还能够存储数据和打印曲线等.     

基于SCADA系统OPC通信的供水管网实时模拟

建立基于SCADA系统OPC通信的城市供水管网实时模拟系统,结合管网实时运行信息与管网数字化分析系统,实现供水管网实时动态模拟分析;利用数据采集与监控（SCADA）软件对OPC的支持,实时获得供水管网运行信息,以供水管网数字化分析系统为基础,通过实时监测流量和压力数据驱动模型,对供水管网运行工况进行实时仿真模拟;实现了...     

雨量水位监测系统设计

该文介绍了一种基于GPRS通信的雨量水位监测系统.该系统以嵌入式处理器为基础,通过GPRS无线通信技术,对雨量水位信息的进行采集及传输等处理,实现了雨量水位监测的实时性和自动化.从系统结构,硬件和软件等方面论述了该系统的设计.     

基于GIS技术与水动力数学模型的航道水流模拟系统

简述了电子航道图水流实时模拟系统的基本需求和国内外水流数学模型与GIS技术结合的研究现状,综合河流模拟、GIS及软件开发相关技术,提出开发基于GIS与水动力数学模型的航道水流模拟系统的一种方法,介绍了系统预期能够实现的功能以及系统总体结构和设计思路.给出了系统实现中关键技术的处理方法,包括数据采集与管理;C#与Fortran混合编程;AE中流场、水深的表达;地图浏览以及航道水流条件交互式查询.实现了在电子航道图基础上的水流实时模拟、航道水流条件在GIS平台上叠加显示以及信息交互式查询等各项功能,为内河智能航道建设提供了参考.     

应用折射反射纹理的实时水面仿真技术

水面效果可以大大增强虚拟现实环境的沉浸感,设计了一种实时水面仿真算法,该算法采用两个三角形单元模拟水面的方法,综合运用了渲染到纹理、凹凸纹理、投影纹理映射、纹理扰动技术采模拟水的反射、折射、波动、倒影效果;并提出了一种改进的纹理扰动技术,设置Alpha值确定应该扰动的纹理,避免了扰动错法,使水面更加逼真.实验表明,该方法在系统绘制的真实感和实时性上取得了较满意的优化效果,较好地解决了虚拟环境中水面实时绘制问题.     

大庆地区防洪工程自动化调度系统

实时采集大庆地区水情、工情信息，采用先进的技术手段，传输到防洪调度中心，经过自动化处理后做出洪水预报，给出地区内重点防洪工程的优化调度方案，为大庆地区防洪决策提供科学依据。     

水电机组流量效率监测计量装置（二）──数据采集与误差分析

详细论述ＹＬＸ—０２型水电机组流量效率监测计量装置的数据采集系统，并时各检测的参数进行定量的误差分析．     

基于无线短消息的水质监测系统设计

针对水质监控系统的实时监控问题,将ZXGM18嵌入监控中心业务台和上位机,利用现有的通信设施,提出了基于GSM移动通信短消息实现水质数据监控的设计方案,模拟运行表明。该系统可以一次传送160个COD数据监控字符,提高了监控系统的实时性,扩大了监控终端的监控范围．     

基于空间插值的洪水淹没空间分布快速获取

结合空间数据和水文站点监测数据,以Kriging方法为理论基础,研究了一种洪水空间分布实时监测方法.运用空间统计学中的Kriging插值方法将一维水力学模型计算的断面数据内插成水面高程数据,对水面高程数据和研究区域地形数据进行分析,获得洪水淹没信息的空间分布.该方法可以弥补一维模型在空间分布分析上的弱势,并提高分析速度.本研究选取长江上游特定河段为实验区,验证和分析该研究方法的有效性.实验结果表明该方法能够有效实时监测洪水淹没信息的空间分布,其直观的淹没范围显示可快速为决策者提供预警信息,具有较好的应用价值.