虚拟雪景物理建模与仿真

基于动力学原理建立了雪花飘落的简化运动模型,并在D3D技术基础上,基于粒子系统的原理,绘制渲染了雪花纷飞的动态虚拟场景。提出了简化粒子发射器模型和碰撞检测方法,并对风力模型作了近似,在保证仿真效果的基础上提高了运算速度。实验结果表明,该方法仿真效果较好,速度快,同时能容易地推广应用到其他诸如雨、烟、雾等虚拟场景的绘制中。     

行为建模在基于粒子的物理仿真中的应用

提出了一种在基于粒子的物理仿真中以实体对象的行为建模为驱动的方法，充分结合了几何建模与物理建模在仿真过程各自的优势，降低了其间的耦合度，提高了项目完成的效率．利用文中方法完成了一个实时的布料仿真，对粒子对象行为的可扩展性进行了探讨，并给出了该方案的结果分析．     

物理引擎与图形渲染引擎绑定的研究与实现

近年来,物理引擎在计算机仿真模拟和游戏应用等领域扮演着越来越重要的角色.一款专业的图形渲染引擎与物理引擎相融合,能够更好地体现出虚拟现实场景的逼真性.在对国外专业的面向对象图形渲染引擎和牛顿物理引擎的基本内容和设计原理进行研究的基础上,分析了如何有效地将物理引擎与图形渲染引擎相互绑定,并给出了绑定系统的类库结构及实现方法.最后在实现的绑定平台下构建出了两个体现物体物理特性的虚拟场景.     

基于GPU和粒子系统的三维火焰模拟

基于粒子系统的火焰模拟是可视化仿真中的一个重要环节。目前,一些火焰模拟方法中的不足之处在于粒子计算时间长、渲染效果不真实等。基于粒子系统提出了一种三维火焰模拟算法,并利用GPU加以实现。其基本思想是运用物理动力学原理分析现实生活中的火焰运动,构建出火焰粒子系统模型并实现火焰的三维效果。实验表明,用该方法模拟火焰效果比较真实、速度快,在PC上可以得到令人满意的效果。     

基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟

基于粒子系统的雨雪模拟大幅提高了三维场景的真实感,但传统的基于中央处理(CPU)的粒子系统的渲染效率难以达到在大规模场景中进行雨雪渲染的要求.为此,提出了一种基于GPU的粒子系统来渲染雨雪场景的算法.该算法在视点前的一个固定区域内产生和绘制粒子,在顶点着色器中进行粒子属性的更新,在几何着色器中将粒子从点扩展为矩形,并对每一帧中的粒子的属性进行缓存处理,保证了粒子属性更新的连续性.此外,采用多幅雪花纹理与粒子随机组合,使雪花效果符合多样性和随机性.实验结果表明,该算法能在大规模场景中进行雨雪效果的实时渲染,并有较高的真实感.     

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.     

基于物理的烟雾动画

基于物理的烟雾模拟中,需要求解Navier-Stokes偏微分方程组．通过量纲分析,简化了该方程．在求解对流项时采用半拉格朗日方法,为弥补该方法带来的数值耗散,引入了高阶精度紧致格式,在较粗的网格上亦可得到较高精度的导数值．实验结果表明：该算法效果比较真实,速度较快．     

基于粒子系统的物理约束植物根生长建模

提出了一种基于约束和粒子系统思想的植物根的建模方法，既体现了约束的微观控制和粒子系统的宏观控制的优点，又保证了模型实际应用的效率和速度，并结合Bezier曲线实现了图形显示的优化。     

基于物理反标的处理器功耗建模与评估方法

将基于综合的处理器作为主要研究对象,通过参数化RTL和物理反标的方法对处理器中的基本单元块提取出功耗值并组成功耗模型库;将处理器各模块映射为基本单元块的组合,利用性能模拟器统计出的模块翻转信息,从而对处理器的功耗做出快速准确的评价.实验结果表明,该方法可以做到与门级网表的真实功耗值误差不到10%,且速度开销很小.     

基于粒子系统烟雾的模拟

传统基于粒子系统烟雾的模拟无法模拟烟雾的扩散行为,而且需要大量粒子,因此满足不了虚拟战场逼真度和实时性的需要.提出一种基于粒子系统理论和离散浓度场相结合来模拟烟雾的算法.在粒子的属性中加人浓度属性,利用三维扩散方程的有限差分建立浓度场,浓度场的变化由浓度场内空间粒子的位置和扩散方程决定,通过浓度场的变化使粒子分裂来模拟烟雾的扩散,通过粒子的运动反映风场的作用.与传统的粒子系统相比,增加了对烟雾扩散的描述,大大降低粒子的数量,该算法保证了生成烟雾的逼真效果,满足了虚拟战场实时性需要.     

卷浪的真实感建模与绘制

巨浪的真实感绘制是计算机图形学的热点和难点之一。从浪的物理特性出发,绘制出较逼真的大规模实时卷浪场景。将卷浪的模拟分成基本波面和卷曲波面模拟。首先基于三维Gerstner海浪模型,加入Perlin噪音扰动来构建海浪的基本造型;然后采用基于物理的NURBS卷浪曲面生成算法,构建3D卷浪曲面库;随后动态搜索波面波峰,用卷浪曲面取代海面波峰,将卷浪曲面与初始波面无缝拼接;考虑不同风速与浪的交互作用,并采用相关真实感绘制技术,最后实现了不同情况下的大规模卷浪场景。     

Real-time modeling and rendering of raining scenes

Real-time modeling and rendering of a realistic raining scene is a challenging task. This is because the visual effects of raining involve complex physical mechanisms, reflecting the physical, optical and statistical characteristics of raindrops, etc. In this paper, we propose a set of new methods to model the raining scene according to these physical mechanisms. Firstly, by adhering to the physical characteristic of raindrops, we model the shapes, movements and intensity of raindrops in different situations. Then, based on the principle of human vision persistence, we develop a new model to calculate the shapes and appearances of rain streaks. To render the foggy effect in a raining scene, we present a statistically based multi-particles scattering model exploiting the particle distribution coherence along each viewing ray. By decomposing the conventional equations of single scattering of non-isotropic light into two parts with the physical parameter independent part precalculated, we are able to render the respective scattering effect in real time. We also realize diffraction of lamps, wet ground, the ripples on puddles in the raining scene, as well as the beautiful rainbow. By incorporating GPU acceleration, our approach permits real-time walkthrough of various raining scenes with average 20 fps rendering speed and the results are quite satisfactory.     

基于散乱点的任意拓扑曲面建模及绘制研究

对曲面建模进行了研究,提出了一种基于散乱点的曲面重建方法.给出三维空间的散乱点,采用3个步骤重构出三角化曲面:首先按近似共面程度对点集聚类,把接近共面的点归为同一类,然后根据空间点的邻接关系进行局部调整,最后对点集和点集之间的区域进行三角割分,得到三角化曲面,所得曲面用OpenGL进行绘制.     

基于流体动力学的火焰实时绘制技术

为了实时有效地渲染真实的火焰,引入了基于流体动力学的气体建模方法和分形插值技术,在粗网格下采用半拉格朗日方法和隐式差分格式,直接求取火焰的纳威-斯托克斯方程,这种数值解法在粗糙网格、大的时间步下也能无条件稳定,能达到实时渲染的目的。在细网格下,为了渲染湍流火焰,采用分形插值的方法,增强湍流火焰的边缘细节。实验结果表明：该方法实现简单,仿真速度快,显示的动画效果真实,并且是元条件稳定的。     

Match propagation for image-based modeling and rendering

This paper presents a quasi-dense matching algorithm between images based on the match propagation principle. The algorithm starts from a set of sparse seed matches, then propagates to the neighboring pixels by the best-first strategy, and produces a quasi-dense disparity map. The quasi-dense matching aims at broad modeling and visualization applications which rely heavily on matching information. Our algorithm is robust to initial sparse match outliers due to the best-first strategy. It is efficient in time and space as it is only output sensitive. It handles half-occluded areas because of the simultaneous enforcement of newly introduced discrete 2D gradient disparity limit and the uniqueness constraint. The properties of the algorithm are discussed and empirically demonstrated. The quality of quasi-dense matching are validated through intensive real examples.     

真实感水力侵蚀地形建模与绘制

水力侵蚀地表是现实生活及虚拟场景中常见的一种自然现象。为研究水力对地表 的侵蚀现象,提出一种采用光滑粒子流体动力学(SPH)模拟流体对地形表面的湿润以及侵蚀过程 的真实感仿真模型。通过对自然界中真实溅蚀现象进行合理简化描述,建立一种包含 3 个阶段 的地形水力溅蚀模型：首先,利用弹丸冲击平板靶材变形模型模拟水流冲击地表变形效果;其 次,构建基于达西定律的水流渗透量计算方法以确保地表吸水与水分扩散的真实性;最后,提 出将地表湿润度因素对地表侵蚀的影响考虑在内的新型计算模型,实现与冲蚀相融合模拟积水 继续运动对地表冲蚀作用。实验结果表明,该模型能够真实地模拟出不同方向的水流对地表的 侵蚀效果以及侵蚀过程中地表吸水与湿润扩散现象。     

海浪建模与绘制技术综述

海浪建模和绘制技术成为计算机图形学和虚拟现实领域共同关心的自然现象模拟问题.侧重从计算机图形学的研究角度对海浪建模和绘制技术进行了综述,介绍了近二十年来提出的典型海浪建模和绘制方法及其最新研究进展,给出了这些方法的基本原理并加以分析比较,最后对海浪建模和绘制技术的未来研究给出了一些建议.     

Surface scratches: measuring, modeling and rendering

  One of the most important criticisms that can be made concerning synthesized images is the brand new and too clean aspect of objects. Surface color modifications can be used to introduce dirtiness or other aging-linked characteristics. Also, techniques such as bump or displacement mapping allow users to improve surface aspects by introducing geometrical perturbations. In parallel, the bidirectional reflectance distribution function (BRDF) is a crucial factor in achieving a high degree of realism. It turns out that surfaces are very often covered by defects such as scratches that are related to both textures and BRDFs due to their size. Scratches do not always affect the apparent geometry but nevertheless can remain strongly visible. None of the previously mentioned methods is suited for rendering these defects efficiently. We propose a new method, based on extensions to existing BRDFs and classical 2D texture mapping techniques, to render efficiently individually visible scratches. We use physical measurements on "real objects" to derive an accurate geometric model of scratches at small scale range (roughness scale), and we introduce a new geometric level between bump mapping and BRDFs. Beyond providing graphical results closely matching real cases, our method opens the way to a new class of considerations in computer graphics based on defects that require the coupling of both BRDFs and texturing techniques.     

基于图像的点云建模及其真实感绘制

从视觉凸壳的理论出发,提出了一种基于图像的真实物体的点云建模和绘制方法。在建模方面,首先从不同视点采集目标物体的图像,然后对采样图像所形成的视觉凸壳进行均匀的点采样。同时,利用等间隔索引表来组织每幅采样图像的轮廓边,从而提高了建模效率。在绘制方面,首先分析目标物体在各种不同光照条件下的图像,并得到点云模型的离散反射属性,然后通过优化的插值方法实现真实感的绘制效果。实验表明,该方法的建模速度快,绘制结果具有很强的真实感。