基于粒子系统的火焰模拟与优化

为了解决火焰模拟难以实现实时性和真实感的问题,提出了基于粒子系统的火焰模拟优化方法.首先分析了利用粒子系统模拟火焰的基本原理,在此基础上,结合纹理映射方法进行火焰渲染,然后在渲染的过程中分别从实时性和真实感两个方面对粒子系统进行了优化,使性能得到显著提高.实验结果表明,该优化方法可以有效地降低模拟时间,同时能得到更为真实的模拟效果.     

真实感火焰模拟

针对火焰的计算机模拟难以实现真实感和实时性的问题,提出一种基于物理模型与图形处理器(GPU)通用计算相结合的火焰模拟方法.该方法首先采用半拉格朗日法求解流体方程,运用基于3D纹理的体绘制对火焰进行三维渲染.然后,根据光照和密度场将光谱转换成颜色分布来模拟火焰颜色,并在GPU上加速实现,使得真实感和实时性之间达到了平衡.     

基于物理模型的火苗动画

本文提出了一种基于物理模型的火苗数值模拟方法。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。本文在用非粘性不可压欧拉方程表示火苗物理模型的基础上,利用破开算予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 N-S 方程和纹理映射的实时火焰模拟

由于使用数学物理方法模拟火焰动画的计算量太大难以实现实时性,本文提出一种新的火焰模拟方法。该方法结合数学物理方法和粒子系统的优点,采用不可压缩的Navier-Stokes方程作为火焰模拟的物理模型,通过简化外力项的计算来提高计算速度。在渲染火焰时,提出一种新的基于纹理的火焰渲染方法来实现令人满意的火焰动画效果。实验基于OpenGL,以C＋＋编程,使用提出的方法成功实现火焰的实时模拟。     

大规模真实感固流交互实时绘制方法

针对大规模水面固流交互模拟过程中物体运动和水波扩散不真实且实时性差的问题,提出一种大规模水环境实时交互绘制方法.首先采用分区模拟的方法取代传统的整体高度细节方法,实时模拟大型水域环境,降低计算复杂度;然后在物体运动过程中引入波浪力,结合自定义风力因子实现物体随波逐流的运动效果;在交互波生成过程中,引入正态分布函数对物体三角形面片进行计算,以增强水面波生成的真实感;最后采用结合流体黏度和表面污染形成的衰减公式来改进波动方程,使水波扩散效果更加平滑稳定.实验结果表明,在保证实时性的基础上,该方法能更真实地模拟物体在水面上的运动,同时有效地表现交互过程中水波的生成与扩散过程.     

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。     

基于MAXScript的物体燃烧模拟

燃烧的模拟过程要考虑燃烧火焰、烟雾、物体自身的诸多变化等效果,不同物体的具体变化也不相同。运用MAXScript脚本语言实现对于物体燃烧的模拟,包含场景与物体自身属性的设置、材质、火焰的生成、粒子系统的脚本设计、大气效果的运用等。模拟结果基本上实现了较为真实而快速的物体实时燃烧。     

物体燃烧模拟方法的研究

物体燃烧是个极其复杂的过程,物体的种类不同,燃烧时的具体变化也不尽相同.简要介绍火焰和烟雾的生成模拟方法;重点研究近年来木棒、纸张等固体物体燃烧模拟的方法,侧重于物体自身在燃烧过程中的变化特点和真实过程;比较各种方法的优势及其特点;关注未来的研究工作需要重点加以关切的几个方面;介绍今后需要进一步努力和完善的一些工作思路.     

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。     

基于局部力场的粒子系统仿真

粒子系统是迄今为止被认为模拟不规则模糊物体最成功的一种图形生成算法。该文首先是对粒子系统的关键技术及其发展进行简要地论述。然后针对粒子系统的实时性与真实感的问题提出一种局部力场的方法。这种方法的实现并不是让每一个力场都作用于所有粒子,而是让其有一定的作用范围,当粒子进入到这个范围后才受到本力场作用。如此可以减少复杂度,而且能较灵活地实现多种多样的行为效果。最后该文应用这种方法实现了礼花、火焰、烟等几个典型的粒子系统实例,并对实现中的关键技术进行了详细论述。     

Photon streaming for interactive global illumination in dynamic scenes

While many methods exist for simulating diffuse light inter-reflections, relatively few of them are adapted to dynamic scenes. Despite approximations made on the formal rendering equation, managing dynamic environments at interactive or real-time frame rates still remains one of the most challenging problems. This paper presents a lighting simulation system based on photon streaming, performed continuously on the central processor unit. The power corresponding to each photon impact is accumulated onto predefined points, called virtual light accumulators (or VLA). VLA are used during the rendering phase as virtual light sources. We also introduce a priority management system that automatically adapts to brutal changes during lighting simulation (for instance due to visibility changes or fast object motion). Our system naturally benefits from multi-core architecture. The rendering process is performed in real time using a graphics processor unit, independently from the lighting simulation process. As shown in the results, our method provides high framerates for dynamic scenes, with moving viewpoint, objects and light sources.     

基于物理的台风建模与绘制

研究台风风场的规律并进行真实感仿真对于灾害预防、评估及宣传等有着十分重要的意义。首先从台风的物理特性出发,建立了不对称的3维台风风场,可以得到不同情况下台风的强度和风速变化;然后根据卫星云图的干区移动来预测台风移动路径;进一步模拟台风风场与物体的交互作用,实现了台风风场的3D可视化仿真预测和动态台风场景的实时绘制,得到了逼真的仿真效果。     

一种基于非线性弹簧模型的虚拟手交互新方法

基于虚拟手的交互技术在人机交互和人机工程学测试等应用中发挥着重要的作用。为了实现直观自然、实时准确、接近真实世界中的虚拟手与虚拟物体的交互,并计算出反馈作用力,首先提出了用非线性弹簧模型计算抓取作用力,使虚拟手和虚拟环境之间实现了基于物理的交互;然后将计算结果以视觉渲染的形式反馈给用户,并对仿真的速率做了定量分析,以便使仿真速率可以达到屏幕刷新频率和力反馈刷新频率的要求。实验结果表明,虚拟手不仅可以直观自然地抓取3维虚拟物体,而且和3维物体之间能够进行实时交互,同时可计算出反馈作用力。     

三维实时云建模与渲染在工业仿真中的应用

在云建模方面,提出一种基于物理仿真和艺术可控性相结合的方法,利用Navier-Stokes流体动力学公式描述单一云朵的聚散和运动,通过盒子的堆积来描述云朵的初始轮廓,最终在盒子内部按流体动力学规律填充粒子生成三维云模型.为了满足实时性要求,在可编程图形芯片上求解Navier-Stokes等式,以便利用图形芯片的并行处理能力加快求解速度.在云的实时渲染方面,基于太阳光照方向和天气状况提出了一种简单的光照模型,大幅度地提高了云的渲染速度.此外,还提出一种改进的环状Impostor技术来提高大范围云层的渲染速度,并通过Shader编程的方法解决了应用Impostor技术到Alpha融合场景中所出现的问题.基于所描述的理论模型,利用三维图形API开发了一套三维云仿真系统,并广泛应用于各种工业仿真和科技娱乐展示项目中,取得了较好的效果.利用该方法生成的云模型具有真实感强、渲染速度快等特点.