基于三维纹理的实时流体模拟

本文描述了一种利用基于Open GL三维纹理实现的直接体绘制方式显示流体模拟结果的方法。以JosStam的二维流体模拟模型为基础，扩展出三维流体模拟的模型；然后通过将密度场映射到三维纹理空间，实现实时的显示；并通过引入全局光照模型，得到真实感的渲染效果。最后通过与粒子系统进行对比，分析了本方法的显示效果优势。     

基于物理模型的烟雾实时模拟

本文提出了一种基于物理模型的烟雾的实时数值模拟方法.真实感和实时性是计算机图形学追求的两个目标.传统的动画技术生成的物体运动是虚拟的,并不能完全反映物体的真实运动.与传统的动画技术相比,基于物理的动画更能表现运动的真实性.在用非粘性不可压欧拉方程表示烟雾的物理模型的基础上,利用破开算子法将其分解成外力项、对流项和投影项分别进行求解,每一步都稳定,因而整个求解也就稳定.求解过程的稳定性保证了模拟可以用大时间步长,也就保证了模拟的实时性.与传统的方法相比,能同时满足计算机图形学的真实感和实时性要求.     

基于物理模型的实时烟雾模拟

针对使用直接绘制法渲染烟雾时,在高网格分辨率下实时性差的问题,文中提出了一种新的基于纹理的烟雾渲染算法。该算法采用不可压缩的Navier—Stokes方程作为烟雾模拟的基本物理计算模型,从而保证烟雾物理运动的真实性,同时利用OpenGL中的纹理映射技术渲染烟雾,保证了烟雾渲染效果真实,烟雾模拟细节更能体现出来;另外文中还给出了在烟雾中添加障碍物时边界条件的计算方式。模拟实验结果表明,该算法既能满足烟雾模拟的实时性,又能真实有效地模拟烟雾流动情况。     

基于CUDA的大规模流体实时模拟

流体模拟是计算机图形学中一个重要课题。使用基于粒子的光滑流体动力学SPH(smoothed particle hydrodynamics)方法模拟大规模流体的运动需要大量的粒子模拟流体,计算量巨大,传统的方法很难达到实时性要求。为了解决该问题,使用NVIDIA的并行计算架构CUDA(Compute Unified Device Architecture)将SPH方法的全部处理过程在GPU上实现,充分利用了GPU并行计算的性能优势。使用Z-order排列改进已有的并行邻域搜索算法,并通过优化数据结构及存储器分配,有效缓解了SPH方法在GPU架构上的性能瓶颈。实验结果表明,该方法能实时逼真地模拟大规模流体,与已有的GPU方法相比处理速度有显著的提升。     

基于多重网格法的实时流体模拟

在GPU上实现了多重网格法,并用该方法改进了二维的实时流体模拟,更充分地利用GPU的并行计算能力.使用4层网格,依靠渲染到纹理的计算方式、帧缓存扩展的纹理管理方法,提高了图形硬件的利用率.实验对比表明,在同样的帧数下该方法能提高GPU实时流体模拟的精度.尤其在较大规模的问题上,与同等精度的基于一般迭代方法的GPU实时流体模拟相比,该方法在速度上可有成倍地提高.     

基于GPU粒子系统的战场实时雨雪效果模拟

雨雪效果的模拟可大幅提高战场视景仿真的真实感,粒子系统作为模拟不规则自然现象的有力工具,很适合雨雪效果的模拟,传统基于中央处理器(CPU)运算的粒子系统,模拟雨雪效果时存在占用大量CPU时间和系统资源的缺点,针对这个问题,建立了基于图形处理器(GPU)粒子系统的雨雪效果模拟方法,讨论了雨雪粒子系统在GPU上的实现、存储及运算等问题,通过将粒子系统的存储和运算全部交由GPU来完成,充分利用了GPU强大的处理能力和带宽优势,大幅提高了可模拟的雨雪粒子数量,并使雨雪模拟的逼真度和实时性都得到了增强.     

基于物理引擎的汽车起重机实时仿真

为提高仿真系统的运行效率和扩展性,提出了层次模型的汽车起重机模型组织方法。该模型按整车各部件之间的关系逐层分解,将独立的部件组织成树状结构。对独立模型方案和层次模型方案进行了比较,证明了层次模型可减少运算量,并具有良好的扩展性。分析了物理引擎的理论基础和求解过程,以及三维图形引擎的渲染流程,研究了物理引擎求解结果驱动三维图形实时渲染的实现方法,建立了某型全路面多轴汽车起重机的层次模型。汽车起重机的驾驶和吊装仿真实例结果表明了物理引擎求解的可行性以及层次模型的有效性和扩展性,从而为其他类型汽车起重机模型组织提供了可行的解决方案。     

基于LOD实时图形绘制和加速技术

这是本刊特为海内外正在就读和学成立业的博士、博士后青年学者们开辟的一片科普园地 .深学浅著是一门德识、慧学、素质修养的学问 .你们的新知识、新调研、新观察、新目光、新展望 ,能够用尽可能深入浅出、通俗流畅的语言 ,汇报给祖国人民、家乡父老子弟乡亲们吗 ?中华博士园地 ,乃耕耘忠孝之地 ,科教兴国、民族昌盛之地 .要用慈母听得懂的语言 ,写出你们的心声 !     

基于GPU带有复杂边界的三维实时流体模拟

在GPU(graphics processing unit)上求解了复杂场景中的三维流动问题,充分利用了GPU并行能力以加速计算.与前人的方法不同,该方法对于边界条件的处理更为通用.首先,通过在图像空间生成实心的剖切截面构成整个障碍物信息图,算法使得流体计算与整个几何场景的复杂度无关,通过对各体素进行分类并结合边界条件,根据障碍物形成修正因子来修改对应的值;另外,采用更为紧凑的数据格式,以充分利用硬件的并行性.通过将所有标量的运算压缩到纹元的4个颜色通道并结合平铺三维纹理,减少了三维流场计算所需要的绘制次数.实验结果显示出算法的有效性和高效率.该算法可以实时计算并显示一个采用中等规模离散的复杂场景.     

基于物理模型的流水及波浪模拟

本文从水力学方程组出发，提出了一个基于模型的模拟流水和波浪的计算机动画方法。与以往的方法有所不同，本文通过求解不力学方程组直接得到流水的形态。利用本文的方法，通过非常方便和直观地调整方程的初始条件，可以比较真实地模拟水流及波浪的不同状态，如：激流、潮汐、涟漪、清泉等，另外还可以模拟清坝洪水及涌潮的流态。为了模拟水面上溅起的飞沫以及流水与石头碰撞后产生的水花等效果，使用了粒子系统，作为本方法的应用实     

三维随机海浪实时模拟方法研究

分析比较了当前两种比较完备的线性海浪理论,在随机海浪模型基础上设计了一种三维海浪实时模拟方法.利用快速傅立叶变换(FFT)算法进行数值加速计算,完成了海浪的三维造型;研究了基于OpenGL的图形绘制原理,引入顶点数组渲染图形的方法完成了海浪波面的绘制;采用多线程机制使得海浪的数值计算和三维显示能够同步进行.在此基础上对天空以及海浪表面光反射效果进行了模拟,提高了视觉逼真度.通过测试发现,图像刷新频率达到30帧/秒,模拟效果良好.     

Visualization and Analysis of Eddies in a Global Ocean Simulation

We present analysis and visualization of flow data from a high‐resolution simulation of the dynamical behavior of the global ocean. Of particular scientific interest are coherent vortical features called mesoscale eddies. We first extract high‐vorticity features using a metric from the oceanography community called the Okubo‐Weiss parameter. We then use a new circularity criterion to differentiate eddies from other non‐eddy features like meanders in strong background currents. From these data, we generate visualizations showing the three‐dimensional structure and distribution of ocean eddies. Additionally, the characteristics of each eddy are recorded to form an eddy census that can be used to investigate correlations among variables such as eddy thickness, depth, and location. From these analyses, we gain insight into the role eddies play in large‐scale ocean circulation.     

Accurate Depth of Field Simulation in Real Time

We present a new post processing method of simulating depth of field based on accurate calculations of circles of confusion. Compared to previous work, our method derives actual scene depth information directly from the existing depth buffer, requires no specialized rendering passes, and allows easy integration into existing rendering applications. Our implementation uses an adaptive, two‐pass filter, producing a high quality depth of field effect that can be executed entirely on the GPU, taking advantage of the parallelism of modern graphics cards and permitting real time performance when applied to large numbers of pixels.     

发动机特性计算的仿真对象模型

应用面向对象的分析与设计方法,将发动机特性仿真计算定义为部件计算工质流计算流动关系计算三个层次。并将这种层次关系概括为类属层次结构,从而得到了特性计算的仿真对象模型,通过实例,验证了这种建模方式的可扩充能力和可重用性。     

基于突发事件的建筑设备实时虚拟系统研究

现有对智能建筑内突发事件的研究仅局限于研究突发事件下人的主体疏散行为,依此目的开发的虚拟现实系统大多依靠程序触发,只能对真实场景形成再现,虚拟场景与突发事件源数据实时交互、响应程度不够.针对这种现状,首次提出将虚拟现实技术运用到突发事件状态下建筑物设备安全减灾运行策略和用设备来指导人员疏散的相关研究中,首次提出了一种面向突发事件的建筑设备实时虚拟系统的设计与架构方案.以该方案为基础,利用数据触发的思想,运用虚拟现实技术和数据库技术,初步建立了基于突发事件的建筑设备实时虚拟系统,填补了该研究领域应用系统的空白.从仿真结果验证了系统架构方案与系统建立方法的可行性.     

一种基于标志点的三维表面模型的切割方法

在计算机辅助虚拟手术研究中,需要对三维模型进行切割.由此,提出了利用标志点及三角剖分构建三维网格模型的方法来切割三维模型,并对切割后断开的网格进行修补,最大程度避免切割部位失真.该方法已应用到颅外科手术仿真系统中,实践证明,该方法容易实现,且能够比较精确地切割三维模型,达到理想的效果.     

基于海浪谱的实时海洋场景仿真

研究海洋场景中海浪等视景的实现,是计算机在图形学中的具体应用.风浪是海洋表面最主要的一种波浪,从海洋学已有的统计观测结果出发,利用海浪频谱与方向谱的相关公式,对开阔海面深水域由风引起的海浪进行定量分析.利用粒子系统对雨、雪、云等自然现象进行仿真,实现了对海洋场景的实时显示.在VC平台上用OpenGL开放图形库实现了所述海洋场景的仿真.实践证明,提出的方法在实时性与真实感方面均取得了不错的效果.     

原油稳定装置数学模型开发及仿真

提要：本文介绍油田原油稳定装置工艺流程，从机理出发建立了全装置的动态数学模型，在微机联网平台上，利用VC 开发出仿真软件系统并应用于操作人员培训，取得了良好的效果。     

基于时间仿真模型的DSP软件仿真系统

针对目前的DSP软件仿真工具在脱离硬件系统连接的情况下,不能获得较为准确的仿真运行时间的问题,以DSP软件仿真环境的开发为背景,提出一个时间仿真模型.分析了影响时间仿真模型的多种因素,通过软件建模,结合具体的一款DSP(TMS320F2812)给出了基于DSP的时间仿真模型,并搭建了一个DSP软件仿真系统.通过软件仿真,获得了与相应硬件的真实执行时间拟和度较高的仿真时间结果,证明使用模型的DSP软件仿真系统在一定程度上可以满足对仿真时间敏感的仿真应用的需求.     

液压回路计算机仿真中阀口流量模型的改进

讨论了液压系统仿真中的刚性问题,指出传统阀口流量方程在压差接近零时存在无穷导数值,并导致液压回路仿真计算的困难。从提高仿真计算效率出发,引入临界压力点的概念,给出了一个经验公式来取代零压差附近的传统紊流流量公式,该公式参数易于获取且为线性,并与紊流区域的流量方程能够平滑过渡,从而建立了分段描述的阀口流量模型。实例计算表明,改进后的流量方程能够有效地保证了计算精度和解决数值计算上的困难,可应用于复杂液压系统实时仿真与控制中。