基于粒子系统的水波模拟

水波效果可以增强虚拟现实系统的沉浸感,对水波的模拟在计算机游戏、影视、广告、视景仿真等各领域有着广泛的应用.粒子系统是模拟水波的一种有效方法,基于粒子系统,针对水波的物理特性,推导出了计算水波幅的近似公式,在VC++6.0环境下使用DirectX函数包,通过数据缓冲区对图像进行水波处理的方法,使得程序的运算速度与水波的复杂程度无关.实验结果表明,模拟的动态水波满足实时性和逼真性要求.     

基于OpenGL的雨滴水波三维仿真

该文对雨滴水波的仿真包括雨滴在空中的运动状态和雨滴滴在水面上形成的水波的运动状态。在分析以往雨滴仿真技术存在缺点和不足的基础上,提出区域采样法和OpenGL技术对以往技术进行改善。具体做法是：①用该文推出的区域采样法水波数学模型替代以往复杂的水波数学模型,以减少计算量,降低编程难度;②用OpenGL的三角形图元及纹理坐标功能显示雨滴水波,用其纹理映射技术映射雨滴场景,实现三维真实感效果。从仿真的结果看,该算法和实现技术实现了对雨滴水波三维实时仿真并且提高真实感的目的,对提高影视制作及军事战场模拟中的雨滴水波的画面质量具有重要意义。     

基于粒子系统的火箭飞行特效仿真的研究

基于粒子系统的特效仿真是运载火箭飞行可视化仿真中的重要环节.本文针对运载火箭飞行仿真中喷射火焰实时仿真难于实现的问题,对基于粒子系统的火箭喷射火焰动态模拟进行了研究.通过对火箭喷射火焰细节、特点的分析,建立了粒子系统的数据结构.详细介绍了算法的具体细节和关键技术,其中包括粒子的初始化和粒子发射器的初始化、粒子系统的更新.最后利用Billboard技术、OpenGL纹理映射等计算机技术实现了具有较强真实感的火箭飞行喷射火焰的实时仿真.     

OSG的粒子特效仿真

OSG是一款市场占有率非常高的3D图形开发库,粒子特效的开发的一直是其难点。在介绍粒子系统的基础上,分析了OSG中的粒子对象类的功能与继承关系,提炼粒子特效仿真的思路,并给出一个粒子特效实例。     

基于光滑粒子动力学方法的爆轰波对碰实验数值仿真

为分析爆轰波对碰实验及不同材料飞层在爆轰波对碰作用下的动力学响应,采用能处理断裂和复杂界面的光滑粒子动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法进行数值模拟.采用二维轴对称SPH离散形式,光滑函数采用B-样条函数;利用二维流体动力学程序进行数值模拟.数值模拟结果与实验结果符合较好...     

一种便携式导弹烟雾的实时仿真方法

根据便携式导弹视景仿真系统的特点,本文提出一种用于实时仿真其导弹烟雾的方法。在结合稳态流场(StableFluids)算法和粒子系统原理的基础上,通过加入各种随机控制因素,分别对近视点和远视点位置的烟雾进行仿真,从而取得实时性与逼真度均较好的仿真效果。     

基于物理模型的水波动画

近年来,自然景物的模拟一直是计算机图形学中最具挑战性的问题之一。关于山、水、云、烟、火焰等自然景物的模拟,在计算机游戏、影视、广告等各种领域中有着广泛的用途。作为自然景物模拟的重要内容,对流水、波浪的模拟正日益引起人们的关注。本文基于二维浅水波方程模型,给出了一种实现水波动画的数值模拟方法。和以往的方法不同的是,本文既没有去特意构造具体的波形函数,也没有去求解复杂的Navier-Stokes方程,而是基于二维浅水波方程模型,采用隐式半拉格朗日积分方法进行求解,在保证稳定性的同时,可以允许大时间步长。实践证明,用该算法模拟水波,效果比较真实,而且在普通的PC平台上即可满足一般动画的实时需求。     

基于粒子系统的三维场地降雨实时模拟

粒子系统是实时模拟三维地形场景中具有真实感的降雨情景的一种有效方法。本文基于粒子系统的基本原理分析并提出了适用的雨粒子系统和雨粒子的属性，采用了把雨粒子产生区域定义为一个视图体顶部的外接长方体、用象素点和直线作为雨粒子的形状、降落过程的重力作用模拟、用粒子组实现雨粒子的连续补充和雨粒子的降落高度检测等新的方法及算法。试验结果表明，该方法能有效地再现三维地形环境场景中的降雨景象，在满足实时交互漫游的前提下表现出较强的真实感，具有一定的实用价值。     

一种实用的水波数值模拟方法

建立了一种实用的水波动态数值模拟方法,它是基于达朗贝尔粘弹性介质的理论,构建了二阶中心网格有限差分水波正演递推算子,并将常规波场的频散现象作为水波的涌浪特征而得到有效利用,同时构建了多种真实、动感且实用的涌浪波场传播场景。数值计算表明,通过调节该水波离散系统的模拟参数可以有效模拟多种复杂环境下的水波传播,从而更好地为水利建设服务。     

交互式自行车模拟器视景仿真系统开发

视景仿真系统是交互式自行车模拟器的重要组成部分。其给骑车者提供逼真的虚拟三维漫游场景。开发的视景仿真系统硬件上采用PowerWall虚拟现实系统，软件上基于自主开发的虚拟现实通用应用开发平台VR Flier，提高了开发的效率。VR Flier采用面向对象方法设计，能够全面地支持小同领域和不同规模的VR应用开发。视景仿真系统通过优化以及动态调度三维场景模型的方法提高了大范围漫游场景的渲染帧率；并对场景路面坡度及视景转向信号进行平滑处理，获得很好的视景仿真效果。     

Vega Prime结合OpenGL的导弹尾焰实时模拟

研究基于Vega Prime的导弹作战系统仿真实验,针对使用Vega Prime的粒子特效模拟高速飞行导弹尾焰会出现尾焰不连续而影响仿真可视化效果的问题,提出将Vega Prime与OpenGL相结合的方法.基于粒子系统基本原理,对导弹尾焰进行建模;依据Vega Prime的事件发布订阅机制将OpenGL引入到Vega Prime中.模拟的尾焰形态逼真,动感十足,满足仿真实时性与真实性要求,解决了Vega Prime模拟导弹尾焰存在缺陷的问题.     

水力压裂过程中微环隙的产生和扩展的数值模拟

套管-水泥环-地层两两界面的密封失效致使高压气体上窜至井口而引起环空带压,给油气田的勘探开发带来安全和环保隐患.采用Abaqus的黏弹性损伤cohesive孔压单元建立套管-水泥环-地层界面水力压裂过程中压裂液周向窜流的有限元模型,对水力压裂过程中微环隙的产生和扩展的数值模拟进行分析.结果表明:只要第一界面或者第二界面胶结强度小于地层的抗拉强度,不论射孔方位大小,井眼周围均会产生微环隙.在油气田完井时需要合理确定水泥石的强度参数,以避免微环隙的产生.     

三维游戏中基于OGRE的动态水面模拟算法

综合考虑了水面模拟的基本方法,展现了水波在干扰源的驱动下出现的涟漪现象,真实地模拟了水面波动的效果。研究了在干扰源的驱动下波源是如何一步步变化的,以及在网格运动和转动力的驱使下,运动状态随位置、能量和时间改变的变化规律。实验结果表明,动态水面的模拟较为真实自然,最后通过实例把该效果成功应用于三维游戏当中,从而丰富了三维游戏的内容,增加了场景的真实感观。     

基于粒子约束的布料实时模拟

采用修改的质点—弹簧模型对布料进行了物理模拟。弹簧不产生粒子间的内力,而是提供粒子间的相关约束。根据这些约束,在满足物理模型的相关条件下不断地调整粒子的位置,实现布料的实时模拟;利用空间哈希表,实现布料的自身碰撞检测;使用Nvidia显卡的统一计算架构(CUDA)技术,对布料模拟进行了硬件加速,使布料模拟的帧速得到了数十倍的提高。     

基于纹理映射和粒子系统的三维喷泉实时模拟

将纹理映射和粒子系统理论相结合,给出一种基于粒子系统的喷泉系统模型,同时分析模型中粒子的属性及其变化,加入风力和阻力等粒子属性,绘制三维喷泉系统,实现粒子在复杂受力情况下的实时动态模拟.实验结果表明,该方法不仅有效地保证了图像的真实感,而且提高了系统的灵活性和实时性.     

基于概率模型的树木间接光照效果的实时模拟

太阳光照射到树冠上之后,会在叶片间进行相互的反射、折射,形成复杂的间接光照效果。在进行树木真实感绘制时,对这种间接光照的快速模拟是非常困难的。传统的光线跟踪、辐射度等算法均比较耗时,很难满足实时计算的要求。采用一种概率模型来快速估算树木叶片间的间接光照效果,实现了带间接光照效果的树木实时绘制。为树冠构建一个包围体,并假定该包围体中叶子的位置和法向基本符合均匀分布;为叶子的正反面分别定义反射系数和透射系数,并定义一个衰减函数来描述光线穿越叶子层后的衰减量;基于这种均匀概率分布的包围体模型,并利用叶片材质属性,就可以为每片叶子计算出叶子表面的出射光。对于中心在[P]处的叶子来说,可以快速计算出太阳光经过其邻近叶子到达该叶子表面的间接光照效果。为了进一步提高绘制效率,并未采用传统的包含大量面片的树木模型,而是采用了一种利用Billboards结构进行树木枝叶表达的简洁的树木三维模型。将上述概率模型与这种表达方式进行了有机结合,完成了带间接光照效果的树木实时真实感绘制。     

染色剪纸效果仿真方法研究

通过分析手工染色剪纸的特点,提出一种染色剪纸效果仿真方法。该方法借鉴粒子系统基本概念,应用纹理映射技术建立染色画笔模型,对剪纸图案进行染色,画笔的起落及走向分别由鼠标按键和移动方向控制,通过设置画笔参数,可以得到不同的染色效果。应用基于纹样的剪纸图案设计方法为染色剪纸添加丰富的纹样。最后将纸纹理的干扰作用考虑进去,得到更加逼真的仿真结果。实验结果表明,该方法较成功地模拟了染色剪纸效果。     

基于粒子系统和Vega的实时雨雪模拟

在分析粒子系统实现原理的基础上,基于Vega提出了一种在大型场景漫游系统中实时模拟雨、雪的方法.基本思想是基于Vega特效模块粒子属性的设置,采用一种始终面向视点的多边形来表示雨、雪粒子模型.试验结果表明,该方法交互性强,能够有效地再现三维场景中的降雨、降雪景象,在实时交互漫游的前提下表现出较强的真实感.     

基于OpenGL的河道地形实时仿真方法

由于分析跨河桥梁、防洪堤坝等水利工程影响河流过水断面、上下游防洪的相关软件较少,而且目前多数三维建模软件侧重于三维对象的建模,缺乏对场景和模型的实时控制,因此,提出并实现基于OpenGL的河道地形实时可视化显示系统.该系统首先从航测数字线划图(Digital Line Graphic,DLG)文件中自动提取数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据,然后选用分段二次Lagrange插值基函数对原始河道地形数据进行插值处理,最后以三角形不规则网(Triangular Irregular Network,TIN)为基础,采用Visual C 并结合OpenGL的编程环境进行实现.     

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.