3D游戏场景中的火焰效果的真实模拟

在3D游戏场景中我们通常利用真实感图形学的知识,模拟具有随机过程的自然场景。粒子系统是此类应用的重要实现途径。本文在基础粒子系统的框架上进行改进,对动态火焰进行模拟。对火焰粒子的速度,动态效果和颜色变化等物理现象进行建模,采用关键帧技术和自定义粒子发射器,真实地模拟了3D游戏场景中的动态火焰效果。     

基于物理动力学的烟雾建模与渲染

为了提高三维场景中烟雾模拟的真实性,以粒子系统为基础,对烟雾的运动模型与渲染方法进行了研究.为模拟烟雾扩散特性,提出预定义扩散范围的方法来近似控制烟雾的整体扩散区域,并通过线性增大粒子半径来模拟烟雾粒子的自身扩散.在烟雾运动过程中,基于动力学原理,建立了一种较准确的烟雾运动模型,并分析了烟雾粒子扩散过程中风对粒子的影响.在渲染时,为避免传统粒子系统渲染出的颜色过于平滑,利用图形处理器可编程特性,引入法线贴图计算粒子表面的散射光叠加到粒子本身颜色上,增加了烟雾的层次感和颗粒感.实验结果表明,该实现方法粒子运动更加真实,视觉效果更加逼真.     

3d游戏场景中实时火焰的探究

在3d游戏场景中有效模拟实时火焰主要应用真实感图形学知识以及粒子系统方法,文中详细讨论了如何进行动态火焰有效模拟,通过对火焰粒子速度以及动态效果进行建模以及对火焰颜色变化等情况进行建模来实现实时火焰有效模拟,利用关键帧技术以及自定义粒子发射器实现3d游戏场景中实时火焰的有效模拟.     

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.     

基于变形粒子系统的林火可视化技术研究

林火是一种常见的、危害极大的森林灾害.通过可视化手段研究林火的发生、发展的过程具有重要意义.文章分析了近几年来国内外对火焰模拟与可视化的技术发展,根据林火自身的燃烧机理,提出了基于变形粒子系统的林火火焰的可视化表达方法.该方法用不规则的几何图形来代替图元或像元作为基本粒子,加快绘制速度,并通过求解粒子在不同空间分布上的温度获得粒子的颜色和亮度.仿真结果表明,利用该方法可以快速生成逼真的带有烟雾的林火,并能较好地满足林火的实时绘制需要.     

粒子系统在钻井模拟器中的应用

介绍了钻井模拟器图形程序在压井作业中实现模拟火焰燃烧效果的技术和过程。在粒子系统的基础上,基于OpenGL的火焰模拟使得效果更真实,场景更逼真。模拟过程中采用BillBoard技术实现粒子立体影像,节约了资源,提高了运行速度;采用纹理融合技术,火焰粒子随时间的推移,发生颜色渐变和纹理变化,使得燃烧效果更加真实。     

烟雾的快速模拟

文章提出利用粒子系统和浓度场相结合的方法来模拟烟雾的运动与扩散.在粒子属性中加入一浓度函数,通过粒子作用半径及浓度函数的变化模拟烟雾的扩散,还通过粒子的运动及分裂反映风力场的作用.与原有的粒子系统相比,不仅增加了对烟雾扩散的描述,还可以用少量的粒子生成连续的浓度场,在很大程度上提高了计算速度.同时文章还给出了一种快速的烟雾绘制方法.     

一种基于法线贴图的爆炸烟雾模拟算法*

传统的基于流体动力学和光滑粒子动力学的烟雾绘制方法能模拟出逼真的爆炸烟雾,但性能太低使得其很难满足实时性要求;而一般的基于粒子系统的模拟算法主要针对一般烟雾,需要大量粒子数目且不能得到真实立体的爆炸烟雾效果。本文提出一种基于法线贴图的爆炸烟雾模拟算法,使用法线贴图模拟烟雾粒子的空间立体属性,对其进行随机光照计算,并根据时间衰减颜色;采用简单运动控制模型模拟爆炸烟雾的翻滚与扩散。实验表明,该算法使用很少粒子便能产生极高真实感的爆炸烟雾效果,并且具有很好的实时性。     

虚拟飞行场景中事故特效的实时仿真

针对飞机的虚拟飞行仿真中,飞行事故仿真的真实感不强的问题,基于粒子系统, 结合动力学模型,实时渲染了爆炸、火焰、烟雾等飞行事故常见特效。使用四边形粒子代替传统 点粒子,结合纹理映射技术和融合技术,将真实感较强的纹理贴图与背景的帧缓存按照预设的融 合因子进行深度融合,提高了特效的真实感和实时性。通过粒子系统碰撞检测的方法,模拟烟雾 在飞机机舱内扩散,与舱壁发生碰撞的效果。搭建出模拟飞行的虚拟现实仿真系统,实现真实感 和沉浸感都很强的飞机爆炸、起火和冒烟等事故场景实时仿真。     

基于粒子系统方法的三维火焰模拟

文章设计了粒子系统火焰模型,详细讨论了模型中粒子的属性及其变化,实现了具有较强真实感的颜色变化和动态摇曳等火焰特性,采用纹理映射和视线跟踪技术进行三维火焰渲染;同时,采用了层次化的编程结构,用以提供简单实用的交互性火焰模拟。最后提供了篝火、烛火、火箭尾焰以及战场火焰模拟的效果图。     

An effective algorithm to detect both smoke and flame using color and wavelet analysis

Fire detection is an important task in many applications. Smoke and flame are two essential symbols of fire in images. In this paper, we propose an algorithm to detect smoke and flame simultaneously for color dynamic video sequences obtained from a stationary camera in open space. Motion is a common feature of smoke and flame and usually has been used at the beginning for extraction from a current frame of candidate areas. The adaptive background subtraction has been utilized at a stage of moving detection. In addition, the optical flow-based movement estimation has been applied to identify a chaotic motion. With the spatial and temporal wavelet analysis, Weber contrast analysis and color segmentation, we achieved moving blobs classification. Real video surveillance sequences from publicly available datasets have been used for smoke detection with the utilization of our algorithm. We also have conducted a set of experiments. Experiments results have shown that our algorithm can achieve higher detection rate of 87% for smoke and 92% for flame.     

多特征融合的视频火焰检测算法研究

基于视频的火焰检测算法为解决传统感烟感温火焰检测方法受环境制约的问题提供了一条新的路径。通常的视频火焰检测算法主要利用火焰的颜色、形状、频域特征等信息来进行检测,计算较为复杂,往往不能达到实时性。文中结合火焰的颜色、运动特性以及频闪特性,提出一种简单高效的视频火焰检测方法。首先使用ViBe算法提取出视频中的运动区域作为火焰候选区域,以降低计算量,再通过火焰的颜色模型筛选出疑似火焰区域,最后根据火焰的频闪特性建立一个简单的频闪模型,进一步滤除与火焰颜色相似的非火焰运动区域。通过实验证明,该文提出的算法能够检测出不同环境下火焰的发生,且执行效果较高。     

烧结断面火焰图像退化模型及断面图像复原

目的 图像复原是基于物理模型提高退化图像质量的一种客观方法,复原图像无失真且细节丰富。烧结机尾断面火焰图像可以反映料层的烧结状态,对烧结矿质量的检测起到至关重要的作用。由于烧结机尾环境恶劣,存在大量的烟气、粉尘以及亮度不均等干扰因素,导致相机采集到的烧结断面火焰图像存在退化现象。为消除这些影响,本文建立了烧结断面火焰图像退化模型,提出了有效的烧结断面火焰图像复原算法。方法 基于大气散射模型,采用一级多散射方法对烟尘多次散射过程进行简化,建立烧结断面火焰图像退化模型,依据Retinex理论,将场景成像分解为环境光照射分量与反射率的乘积,明确复原图像所求参数。1）求取原始图像亮度,利用Retinex理论分解原始图像,使用双边滤波来调整亮度图像,采用Sigmoid函数对反射图像进行增强,得到亮度平衡后新的烧结断面火焰图像;2）利用暗通道原理估计环境光值,结合引导滤波细化图像透射率分布;3）采用容差机制改进火焰区域的透射率,得到复原图像。结果 使用本文方法对单幅图像进行复原并与其他4种方法进行主客观评价,结果表明本文得到的复原图像亮度均衡,火焰区域细节清晰并且与烧结料层区别明显,在保持较高图像对比度的同时,图像信息熵和峰值信噪比分别为17.532 bit与22.127 dB,相比其他算法明显提高。结论 本文研究了烧结断面火焰图像的退化模型,提出有效的复原算法,实现了Retinex理论与暗通道原理的有机结合,复原图像质量较高,为烧结火焰特征准确提取打下基础。     

Early fire detection method in video for vessels

New generation vessels are equipped with fire detecting sensors; however, fire may not immediately be detected if it is far away from the sensors. The fire process therefore cannot be recorded. A video-based fire alarm system is developed to overcome the drawbacks of traditional fire detection equipment. This paper presents a video-based flame and smoke detection method for vessels. For flame detection, the dominant flame color lookup table (DFCLT) is created by using the fuzzy c-means clustering algorithm. The changed video frames are automatically selected and the changed regions deduced from these frames. An elementary, medium, or emergency flame alarm is then triggered by comparing the pixels of changed regions with the DFCLT. The changed video frames are automatically selected for smoke detection. The changed regions are deduced from these frames. If the shape of the changed region conforms to the characteristic which the top area is wider than the bottom area, a dangerous smoke alarm is sounded. The experimental results show that the proposed fire detection approach can detect dangerous flames and smoke, effectively and efficiently.     

结合注意力机制的火灾检测算法

鉴于现有的火灾检测手段大多依赖于感温探测器和感烟探测器,但感温探测器和感烟探测器的探测具有一定的滞后性,无法实时准确地检测出初期火灾的问题,因此,构建了一个大规模多场景的火灾图像数据集;同时对图像数据集进行了火焰和烟雾目标标注,并提出了一种具有注意力机制的火灾检测算法,采用颜色分析的方法检测出图像中火焰和烟雾的疑似区域;再对火焰和烟雾目标的疑似区域进行关注,通过结合深度网络的特征提取能力,得到火灾目标的检测模型;实验结果表明,此方法在检测火灾任务上取得了更优的效果,相比于基于YOLOv3的火灾检测模型,mAP(mean average precision)提高了5.9%,同时满足了实时检测的需求。     

地下矿CA粒子系统火灾蔓延仿真

为了对火灾在地下矿巷道中的蔓延情况进行仿真,提出了一个元胞自动机理论和粒子系统理论相结合的地下矿巷道系统中火灾蔓延仿真方法。针对地下矿巷道这个特殊环境,采取可变邻域半径的元胞自动机模型来仿真火焰在巷道中蔓延的情景;同时,引入基于粒子系统的烟雾模型,把燃烧着的元胞作为烟雾模型的粒子发射器。整个仿真系统基于同一时钟运行,把时间、空间、火烟的物理行为有效地结合起来,不仅能非常直观地仿真出火势蔓延态势和烟雾扩散运动过程,并且通过在仿真过程中计算记录不同时刻火灾蔓延距离和入侵巷道烟雾粒子数量等数据,可以获取大量巷道环境相关信息,为逃生决策和火灾预防与控制提供依据。     

基于火焰彩色纹理复杂度特征的转炉炼钢吹炼状态识别

在基于火焰图像识别的转炉吹炼状态识别过程中,针对已有方法存在火焰彩色纹理信息利用不充分和状态识别率仍需提高的问题,提出一种基于火焰彩色纹理复杂度特征的转炉吹炼状态识别方法.首先,将火焰图像转化到HSI颜色空间下并作非均匀量化;然后,计算H分量和S分量的共生矩阵从而融入火焰图像的颜色信息;其次,利用得到的颜色共生矩阵计算火焰纹理复杂度的特征描述子;最后,应用Canberra距离作为相似度度量准则对吹炼状态进行分类和识别.实验结果表明,与已有的转炉火焰灰度共生矩阵和灰度差分统计方法相比,在满足吹炼识别实时性要求的前提下,所提方法的识别率分别提高了28.33%和3.33%.     

基于Codebook的视频火焰识别算法

为了提高视频火焰识别的准确度,提出了一种基于Codebook的火焰识别方法,创新地在YUV空间使用Codebook背景模型检测火焰区域,定期更新背景,综合火焰的动静态多特征进行火焰识别.首先,提取视频中的每一帧图像,利用原始图像中R、G、B三个分量间存在的线性关系作为颜色模型,初步提取火焰颜色区域; 然后,为了利用YUV颜色空间的有利特性,将颜色空间从RGB转化到YUV, 使用Codebook背景模型进行背景学习、背景差分,提取出具有火焰颜色的动态前景; 最后,利用火焰面积变化率、区域重叠率、质心位移这3个特征来训练反向传播(BP)神经网络,通过训练好的神经网络判断视频图像是否存在火焰.选取相机位置以及方向固定的视频进行实验,所提算法在复杂的视频场景中的识别准确度达到96%以上.实验结果表明,所提算法有效提高识别的准确度,同时降低多种干扰物场景的误判率.     

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.     

基于视频的烟焰检测方法研究

烟焰作为火灾最为明显的标志,对于其进行实时检测,在火灾监控方面有着重要的意义.传统的离子式、光电式、吸烟式等烟雾探测器受到空间和时间的限制,不能进行实时全面的探测[1].本文提出了一种基于视频的烟焰检测算法,采用帧差法提取出差值图像,经过图像处理,获得了理想的烟焰轮廓,根据轮廓大小来确定被监测区域是否有火灾的发生.实验证明,该方法实时准确、灵敏度高、抗干扰能力强、适用范围广,具有广阔的应用前景.