一种简化的流体方法快速仿真大型三维云场景

提出了一种改进的立体云模拟方法,用Navier-Stokes流体方程描述云的运动规律,同时考虑大气运动条件下云的特性,建立云的运动模型。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,使用改进的环状Impostor技术来提高大范围云层的渲染速度。基于上述理论模型,利用实验室自主图形引擎开发了一套三维云仿真插件,广泛应用于各种实时仿真和科技娱乐项目中。该方法绘制的云具有规模大、真实感强、渲染速度快的特点。     

大规模三维云实时模拟方法

针对虚拟环境中大规模三维云渲染开销大的问题,提出一种大规模三维云实时模拟方法.在云建模方面,利用Navier-Stokes流体力学公式模拟云的动态生成,提出一种基于八叉树的模型化简策略,减少了云模型粒子数;在渲染阶段,提出一种基于Cell的绘制更新策略,结合Impostor技术自动混合绘制三维云与Impostor,实现了大规模三维云的实时模拟.实验结果表明,该方法基于物理的方法模拟云,同时在绘制阶段根据视点的移动实时更新,效果逼真;与同类方法相比,基于Cell的绘制策略更新时计算量更小,有效地避免了绘制更新时常见的抖动和跳变问题.     

三维动态云模拟

云在户外场景的模拟中起着重要的作用.基于云的物理特性,在云建模方面,在三维网格单元上赋予云的速度、密度、温度等物理属性值,利用Navier-Stokes方程描述云的聚散和运动,丰富了云模型的物理特性;为了表现云的扩散作用,加入黏性项和漩涡性,更真实地表现了云的湍流效果;同时在模拟域中加入一个随机函数,实现了云在运动过程中外形的随机性和不确定性;在云渲染方面,考虑太阳光照方向和视点方向的光照强度,使用单向散射光照模型,提高了云的渲染速度.采用迭代更新纹理数据值的同时改变模拟域的世界坐标值的方法实现云的动态飘动效果.实验证明该方法生成的云真实感强,实现了三维动态云的模拟.     

基于结构化粒子模型的云可视化应用

云数据的三维可视化模拟一直是计算机图形学和气象科学领域的研究热点。提出了基于WRF模式数据的建模与渲染技术,以实现真实云数据三维可视化模拟。针对粒子系统建模复杂、实时性差的问题,首先通过计算云粒子之间的相互关系建立结构化粒子模型,实现WRF云数据的建模;然后利用光照模型和公告牌技术对建模粒子进行光照渲染和三维模拟,同时结合Imposter技术提高纹理绘制速度和效果。实验仿真结果验证了该方法在提高云数据的建模与渲染速度,提高云三维可视化的逼真度方面的有效性。     

真实感云的快速建模

快速云建模便于真实的三维室外场景规划,提出概率场参数控制的元胞自动机方法近似模拟云生成的物理过程,生成云密度体数据,引入符合粒子运动规律的不规则布朗运动随机模型创建概率场,生成的云具有真实云的外形特征.所有建模过程在可编程图形硬件卡上实现,模拟速度满足交互式系统要求.引入考虑了太阳光和背景光的单次散射光照模型,利用光线投射直接体绘制渲染出三维真实感强的云图像.应用到三维虚拟地理环境中增强了场景真实感,建模绘制速度满足交互要求.     

Navier-Stokes方程组驱动的虚拟人群

为提高虚拟场景的真实感,在表现类似水流的宏观人群行为时将人群类比为流水,基于流体动力学的知识建立一个实时模拟系统.通过数值方法求解描述二维流体的Navier-Stokes方程组,计算出速度场信息用于驱动人群的行走;在仿真过程中支持用户实时修改参数,通过调整全局速度场达到交互式控制人群的目的;绘制人群时采用层次结构来平衡绘制效率和绘制质量.该系统可以根据绘制精度和个体距离视点的远近,自动地在高层次的几何细节模型和低层次的Impostor图像绘制模式之间切换.最后通过实验给出了多股人群交汇、人群蜿蜒行走等动画效果.     

基于OpenGL的分形山三维模拟生成技术

采用OpenGL技术与VC 6.0结合分形几何的方法来模拟绘制三维分形山。利用分形几何理论建立几何模型;依据分形插值理论设计相应的算法,得到模拟对象的几何数据,绘制出三维山和云的图形;利用OpenGL的图形处理及渲染功能对生成的图形进行色彩、光照、纹理等方面的处理,得到三维分形山的模拟图形。     

基于OpenGL的分形山三维模拟生成技术

采用OpenGL技术与VC＋＋6.0结合分形几何的方法来模拟绘制三维分形山。利用分形几何理论建立几何模型;依据分形插值理论设计相应的算法,得到模拟对象的几何数据,绘制出三维山和云的图形;利用OpenGL的图形处理及渲染功能对生成的图形进行色彩、光照、纹理等方面的处理,得到三维分形山的模拟图形。     

基于三层植物模型的大规模植物模拟方法*

针对在大规模植物模拟中基于三维几何网格模型的植物模拟方法内存消耗大,以及基于二维平面模型的植物模拟方法近视点模糊缺陷问题,提出了一种基于三层植物模型的大规模植物模拟方法。该方法将大规模植物分为三层：精度高的几何网格模型层、精度适中的Impostor模型层和精度低的Billboard模型层。根据植物到视点的距离,动态加载相应层中的模型,即当植物距视点较近时,加载精度高的几何网格模型层中的模型;当植物距视点较远时,加载精度适中的Impostor模型层中的模型;当植物距视点很远时,加载精度低的Billboard模型层中的模型。最后,利用Ogre图形引擎对三种植物模拟方法进行了渲染效果对比实验。由实验结果可知,该方法可以在低内存消耗情况下,取得与基于三维几何网格模型的植物模拟方法一样的逼真感,取得与基于二维平面模型的植物模拟方法相近的渲染速度。     

云的动态实时仿真技术研究与实现

云的建模和渲染是计算机图形学领域的一个研究难点,对其研究有着重要的现实和理论意义。该文从建模方法、光照模型、绘制效率三个方面对云的生成仿真系统进行了研究。提出了CA与粒子系统相结合的建模方法。对于光照模型,该文分析了云的光学特性,在单一扩散光照模型基础上提出了一种模拟多重光照的简化公式。该文还运用LOD技术、提前中断技术以及空间分割技术有效地提高了云的绘制效率。另外对上述方法的具体实现也进行了一定的描述。     

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.     

基于物理模型的三维火焰实时渲染

火焰等无规则物体的模拟近年来成为计算机图形学中的一个研究热点。传统的基于粒子和纹理技术生成的火焰,并不能真实地反映物体的运动过程,生成的火焰效果图具有随机和生硬的特点。为了解决火焰模拟过程中难以实现的实时性和真实感的问题,文中采用一种基于物理模型的火焰实时渲染方法,应用有限差分法求解Navier-Stokes方程,采用半拉格朗日法求解平流项,扩散方程则利用隐式迭代方法进行求解,利用GPU强大的并行计算能力对求解过程进行加速,利用光线投射算法对火焰进行渲染,最后生成了逼真的火焰图像。实验结果表明该方法实现简单,渲染速度快,显示的效果真实。     

基于八叉树邻域分析光线跟踪的云三维模拟

针对目前三维云模拟绘制效率低、计算资源消耗大、绘制效果差等问题,提出基于八叉树邻域分析的光线跟踪算法,并用于WRF模式云数据的三维模拟。使用八叉树结构优化传统光线跟踪算法的数据存储结构,通过存储节点编码和划分层次改进邻域分析算法,通过简化光线的折射公式优化Whitted光照模型,借助OpenGL和Vapor工具实现云数据的三维可视化。实验结果表明,该方法降低了绘制时间,提高了渲染效率,更好体现了云的真实物理特征。     

Computer-Generated Marbling Textures: A GPU-Based Design System

A computer system for interactively creating marbling textures is built on the physical model of the traditional marbling process. The approach generates marbling designs as the result of color advection in the 2D flow fields obtained by numerically solving the Navier-Stokes equations on the GPU with a multigrid solver     

基于动态Impostor技术的树木快速绘制方法

树木快速绘制技术研究一直以来都是计算机图形绘制的一个热点领域,因为树木复杂的细节结构使其在绘制上存在着相当大的困难.提出了一种基于动态impostor技术的树木绘制方法,不仅可以快速地绘制树木,而且具有较高的真实感效果.该方法首先基于树木模型进行平面投影去创建impostor平面,然后将纹理映射到已经创建好的impostor平面上,最后通过绘制impostor纹理平面形成树木图像.当参考视点移动时,可以根据误差来决定是否动态更新impostor平面的内容.     

Parallel computing of 3D smoking simulation based on OpenCL heterogeneous platform

Open Computing Language (OpenCL) is an open royalty-free standard for general purpose parallel programming across Central Processing Units (CPUs), Graphic Processing Units (GPUs) and other processors. This paper introduces OpenCL to implement real-time smoking simulation in a virtual surgery training simulation system. Firstly, the Computational Fluid Dynamics (CFD) is adopted to construct the real-time smoking simulation model based on the Navier?CStokes (N-S) equations of an incompressible fluid under the condition of normal temperature and pressure. Then we propose a parallel computing technique based on OpenCL to accomplish the parallel computing of smoking simulation model on CPU and GPU, respectively. Finally, we render the smoke in real time by using a three-dimensional (3D) texture volume rendering method. Experimental results show that the parallel computing technique we have proposed achieve a satisfactory effect on image quality and rendering rate both on CPU and GPU.     

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。     

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。