基于物理的流体模拟动画综述

基于物理的流体模拟近年来成为计算机动画领域的一个研究热点.回顾了该领域中基于物理的流体模拟的发展情况,总结了该研究方向所采用的各类方法,并结合各种现象的特点分门别类地详细展开.其方法总体上可以分为欧拉法和拉格朗日法,涉及的现象包括烟雾、火焰、爆炸、波浪、气泡以及自由运动界面等.最后展望了未来发展的3个重点：细节策略、加速策略和控制策略,以使整个模拟能够更好地满足人们对真实感、实时性以及灵活性的需求.     

计算机流体动画技术的研究进展

烟雾、流水等流体是自然环境的重要组成部分,计算机模拟的流体行为能增添虚拟现实真实感,更好地烘托环境气氛.针对近年来计算机流体动画领域出现的许多研究成果,综述了该领域的发展现状,介绍了相关研究所采用的理论方法,并结合具体现象进行分析,最后阐述了其未来发展方向.     

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。     

基于物理及数据驱动的流体动画研究

主要针对近年来流行的基于物理及数据驱动的各种流体动画模拟算法及其应用给出了一个全面的前沿性综述.首先,对传统的基于物理的流体模拟加速方法进行了综述和总结,同时给出了此类方法中各种算法的优劣性分析;其次,对现有的基于数据驱动的多种算法进行了综述和分析.特别地,将现有的数据驱动方法归结为3类,即数据插值法、数据预计算方法和基于深度学习的方法.并且,进一步讨论了基于数据驱动的流体动画模拟算法的几个关键问题以及其研究趋势与方向.     

流体动画方法综述

介绍了二维流体和三维流体动画方法。流体动画制作分为两步：流体表面建模和流体绘制。二维流体建模主要采用参数建模方法,基于傅立叶变换原理,合成波动的二维流体表面。三维流体建模一般基于Navier-Stokes流体方程,利用流体内部的速度建立流体表面的方程。流体绘制主要采用光线跟踪方法。流体动画的挑战和发展方向在于：流体动画控制、实时绘制、细节表现。     

基于物理的流体动画综述

文中针对基于物理的流体动画技术给出了一个全面的前沿性综述.作为模拟真实流体效果的最常见方法,基于物理的流体动画近几年来产生了大量新的研究成果.文中将现有方法分成3类:Lagrange法、Eular法和晶格Boltzman方法,对它们进行对比讨论:介绍了7种不同类型流体现象的模拟技术,并重点评述表面跟踪与表示、流体控制、混合方法、模型降级和GPGPU等研究热点.     

基于几何特征的流体动画控制方法

在流体动画中,流体控制是生成可控流体运动的关键技术.为产生视觉逼真、行为可控的流体动画效果,提出一种基于几何特征的流体控制方法.首先通过构建流体形状的时变几何分区,实现对可控流体形状的表达及动态跟踪;在此基础上设计异构控制模型,以增强流体运动控制的灵活性,该模型采用了带约束优化的刚性控制和基于弹簧模型的柔性控制2种方法;最后将异构控制模型与高精度流体物理模型相耦合,生成视觉逼真的可控流体运动效果.实验结果表明,该方法能够在保持流体角色形状的同时产生丰富的流体细节,满足动画师的设计需求.     

基于CPU-GPU混合加速的SPH流体仿真方法

基于光滑粒子流体力学SPH的流体仿真是虚拟现实技术的重要研究内容,但SPH流体仿真需要大量的计算资源,采用一般计算方法难以实现流体仿真的实时性。流体仿真通常由物理计算、碰撞检测和渲染等部分组成,借助GPU并行加速粒子的物理属性计算和碰撞过程使SPH方法的实时流体仿真成为可能。为了满足流体仿真应用中的真实性和实时性需求,提出一种基于CPU GPU混合加速的SPH流体仿真方法,流体计算部分采用GPU并行加速,流体渲染部分采用基于CPU的OpenMP加速。实验结果表明,基于CPU GPU混合加速的SPH流体仿真方法与CPU实现相比,能显著地减少流体仿真单帧计算时间且能更快速地完成渲染任务。     

流体动画生成方法研究综述

计算机图形学下的真实感流体动画生成技术,在影视特效和广告、三维游戏开发、虚拟现实等领域有着重要的应用价值。文章回顾了近些年来流体动画的发展趋势,将其研究成果归纳为三类：经验方法、物理方法和数据驱动方法,并总结这些方法的优缺点。其中重点介绍了主流的物理方法和最新发展的数据驱动方法。     

耦合几何特征的高精度流体动画建模方法

动漫制作中涉及到大量的流体动画特效,视觉逼真性是它们的基本追求.然而,传统的物理模型计算代价高、效率低且流体细节易丢失.针对这些问题,文中提出一种耦合几何特征的高精度流体动画生成方法,通过利用不同流体细节(如水面和水花)之间的相关性提高计算效率和计算精度.该方法首先建立几何模型,对流体表面易于产生流体细节的区域即细节敏感区域进行定位、量化和跟踪.然后将几何模型与高精度流体动画物理模型相耦合,通过将几何模型中的定位量化函数映射为粒子密度函数,以此调整物理模型中的粒子集,从而更有效地产生高精度的流体水面和水花等细节效果.实验结果表明,文中方法能够提高流体动画计算的效率和精度,高效地生成更具有视觉真实感的流体动画.     

基于动力学的树在风中摇曳的方法的研究

为了模拟树在风中的摇曳变形,本文基于力学分析,从多个角度考虑树的受力,先计算出风力作用下每个单元段的受力情况,再由末梢枝条向根部进行力的传递,然后在从根部到末梢进行计算以获得整棵树的变形,并在些基础上考虑了风与树间的流固耦合效应,分析了平均效应和脉动效应,给出了相应数学公式,通过以上方法能较为逼真的模拟出树在风中的变形。     

完备神经网络验证加速技术综述

人工智能技术已被广泛应用于生活中的各个领域.然而,神经网络作为人工智能的主要实现手段,在面对训练数据之外的输入或对抗攻击时,可能表现出意料之外的行为.在自动驾驶、智能医疗等安全攸关领域,这些未定义行为可能会对生命安全造成重大威胁.因此,使用完备验证方法证明神经网络的性质,保障其行为的正确性显得尤为重要.为了提高验证效率,各种完备神经网络验证工具均提出各自的优化方法,但并未充分探索这些方法真正起到的作用,后来的研究者难以从中找出最有效的优化方向.本综述介绍了神经网络验证领域的通用技术,并提出一个完备神经网络验证的通用框架.在此框架中,我们重点讨论了目前最先进的工具在约束求解、分支选择与边界计算这三个核心部分上的所采用的优化方法.针对各个工具本身的性能和核心加速方法,我们设计了一系列实验,旨在探究各种加速方式对于工具性能的贡献,并尝试寻找最有效的加速策略和更具潜力的优化方向,为研究者提供有价值的参考.     

三维虚拟场景绘制加速技术综述

加速三维图形的绘制对三维虚拟场景的交互式生成有重要作用。该文结合三维图形绘制流水线，概括了提高绘制性能的途径，综述了可见性处理、细节层次方法、基于图象的绘制以及大型几何数据库的操纵等主要的绘制加速技术。     

Techniques for Algorithm Animation

Allowing a user to interact with dynamically changing graphical representations of algorithms or data structures may help in teaching, research, or systems programming.     

Integrating Behavioural Animation Techniques

Our research focuses on animating autonomous virtual humans which are able to take decisions by themselves. We especially address in this paper the technical problem of integrating altogether the physical simulation of agents (represented as virtual humans in a 3D environment) and their behaviours and motivations, driven by a Beliefs, Desires and Intentions architecture. We also explain how goals drive plans, and how an agent can coherently handle concurrent tasks.     

布料动画模拟综述

分析了近20年来布料动画技术的发展情况,对其中的基于物理模型布料模拟技术的框架作了比较详细的介绍,并分别从物理模型、数值方法的采用、碰撞检测和处理等方面对布料模拟技术的发展作了比较深入、全面的综述．     

A Survey of Computer Animation

A survey on computer animation is presented with three specific goals:

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  To clarify what people understand by computer animation.
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  To separate the different aspects of computer animation and underline its main problems.
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  To present the different solutions given to these problems.

Several classifications for computer animation systems are first made attending to different criteria. The report is subsequently divided into two basic sections according to the historical classification of computer animation systems: computer-assisted animation, where traditional animation is just helped by the use of computers, and modelled animation where the use of computers is essential in different aspects of the animation process. Special emphasis is placed on motion specification and generation.
Finally, special attention is paid to human body animation because of the great interest of this specific field of computer animation and the peculiarity of its problems.
Aspects of hardware aspects and postprocessing has just been taken into account in the classification section but have not been studied.     

基于物理的角色动画合成方法综述

角色动画一直是计算机动画和虚拟现实领域的重要研究内容之一.近年来,随着3D游戏动漫以及电影特效制作产业的蓬勃发展,角色动画对物理真实性的要求日益迫切,基于物理的角色动画合成受到了研究者们越来越多的关注,催生了许多新方法与新技术.该研究问题的核心是人体运动合成方法,其旨在驱动虚拟角色运动,生成满足物理运动规律的动画.重点围绕角色动画合成方法的研究进展进行介绍.首先在对国内外研究工作全面分析与总结的基础上,根据关节力矩的计算方式不同将其分为7类:时空约束法、约束动力学优化法、低维模型法、有限状态机、数据驱动法、动力学过滤法、概率模型法,详细阐述每一类方法的原理及特点后,重点介绍每类方法中近期出现的新工作.其次,对上述各类方法的优缺点进行对照分析.最后,结合实际应用需求,针对目前工作中存在的不足,提出一些可继续深入研究的问题.