基于粒子系统的蜡烛火焰实时模拟

应用粒子系统模拟模糊不规则物体的关键问题是真实感和实时性，在剖析影响真实感和实时性的因素基础上，提出了提高粒子系统真实感和实时性的有效方法。为提高真实感而将粒子、粒子源、力产生器统一在一起，即将粒子源、力产生器和可视化粒子看作都由力驱动。用合适的力类产生较好的火、烟、云及爆炸的实时模拟，用OpenGL显示列表技术提高绘制效率，简化粒子的碰撞处理来减少计算复杂性，利用层次空间减少计算工作量。实验结果表明，该方法满足实时性和真实感的要求。     

提高粒子系统实时性的方法研究

应用粒子系统模拟模糊物体的一个关键问题是实时性，在剖析影响实时性的因素基础上，提出了提高粒子系统实时性的有效方法，为提高绘制效率而用OpenGL显示列表技术，为减少计算复杂性而简化粒子的碰撞处理，为减少粒子数量而采用基于相似属性关系的结构化粒子。     

基于多级粒子系统和新粒子形状的尾焰绘制*

针对目前大规模场景中导弹尾焰等特效绘制计算量大,导致系统实时性差等缺点,给出了一种基于多级粒子系统和新型粒子形状的尾焰绘制方法,在用三角函数勾画出轮廓后,对外部采用圆周发射新形状的粒子,内部采用特殊单面片作为基本粒子形状且用直线运动代替曲线运动,并采用了LOD结合GPU的粒子系统技术,在不影响真实感的情况下减少了计算量,有效提高了大规模场景中尾焰特效绘制的逼真度和实时性。     

基于新分布域和叠加纹理的飘雪模拟

针对传统的基于粒子系统的飘雪模拟中,粒子数量大、实时性差,且造成很多视线之外不可见粒子的资源浪费等不足,提出了一种基于新分布域和叠加纹理的飘雪模拟方法.在分布域的优化上,采用新的层次分布域来产生粒子,同时引入了叠加纹理的概念,并结合LOD技术,对不同LOD层次上的粒子采用不同的叠加纹理,最后在粒子消亡的判断条件上采用了局部判断的新算法.该方法在不影响真实感的情况下减少了计算量,有效提高了虚拟场景中飘雪模拟的逼真度和实时性.     

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.     

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.     

基于粒子系统和纹理绘制的火焰模拟

不规则物体的模拟一直是计算机图形学的研究热点和难点,而火焰在时间和空间上的多变性,更具有挑战性。本文详细讨论了火焰模型中火焰粒子属性的变化和纹理图片的选取。粒子系统是模拟不规则物体的有效方法,结合纹理映射增强绘制结果的真实感,可大大降低粒子数量,提高了绘制效率。实验表明,这种方法满足真实感和实时性的要求。     

基于层次分布域和粒子旋转的降雪模拟 *

传统降雪场景的模拟往往由于粒子数量的巨大而降低实时性。针对这一问题 ,在粒子系统的基础上采用梯形层次分布域来发射粒子 ,减少了不可见粒子的浪费 ;同时用伪粒子系统来体现粒子的旋转并引入了层叠纹理的方法来增加逼真度 ,在粒子的消亡条件判断上 ,采用部分判断的算法来提高实时性。实验表明 ,该方法能实时高效地绘制出较为真实的降雪现象。     

基于粒子数生成函数的烟雾模拟*

在大规模虚拟战场仿真和复杂环境仿真中,烟雾作为其中的重要组成部分,其模拟具有重要的意义。针对烟雾模拟中难以达到真实性和实时性平衡的问题,引入层次细节技术,减少了模拟中所需要的粒子数目,在满足视觉效果的前提下提高了实时性。引入改进的物理模型与粒子系统相结合,增强烟雾的细节,生成真实感较强的烟雾。此外,还利用烟气抬升高度的阈值控制法来判断粒子的生命情况,使烟雾的模拟更加真实。实验证明,本系统利用有限的粒子数生成了满足视觉真实性和视景系统实时性要求的烟雾场景。     

基于OpenGL的烟花动态模拟方法的研究与实现

给出了几种模拟动态烟花的方法。通过分析烟花燃放过程的特点，建立了用粒子系统模拟烟花的模型，提出了基于粒子系统的烟花的实时模拟生成算法。实验结果表明，该方法满足实时性和逼真性的要求。     

可扩展的实时自然景物模拟算法

针对传统的粒子系统实时仿真存在只能针对单一自然景物模拟、计算耗时、图像不真实、算法复杂等问题,提出了一种基于粒子系统和图形处理器（GPU）加速通用可扩展的自然景物模拟算法。在该算法中,粒子的物理运动计算过程和渲染阶段完全由CPU转移至GPU,可以增加粒子数量和提高渲染速度;同时,在渲染过程中,可以较好地利用硬件支持的粒子图技术来改善渲染中粒子的外表,选择不同纹理,从而能够较方便地模拟不同的自然景物。最后,在GPU上实现了雪花、喷泉、烟花、瀑布等模拟,算法充分利用了GPU的多通道并行处理性和可编程性,提高了自然景物模拟的实时性,可运用于虚拟现实系统。     

一种基于图像处理的纹理力触觉建模和表达方法研究

纹理的力触觉表达不仅能增强虚拟环境的真实感,还能用于盲人的对环境感知和信息获取。提出了一种新颖的纹理的力触觉建模和表达方法。它是基于图像处理的方法提取纹理表面的几何轮廓,根据物体表面粗糙特性,分别建立法向和切向的接触力模型,通过6自由度DELTA手控器实时作用于操作者,让操作者感受到触摸虚拟物体表面的作用力,从而实现纹理的力触觉表达。进行了实验并证明了方法的有效性。     

GPU‐assisted real‐time coupling of blood flow and vessel wall

The vessel wall and the blood flow interact and influence each other, and real‐time coupling between them is of great importance to the virtual surgery as well as the research and diagnosis of vascular disease. On the basis of smoothed particle hydrodynamics (SPH), we present a new approach to solve non‐Newtonian viscous force of blood and a parallel mixed particles‐based coupling method for blood flow and vessel wall. Meanwhile, we also design a proxy particle‐based vessel wall force visualization method. Our method is as follows. Firstly, we solve the non‐Newtonian viscous forces of blood through the SPH method to discretize the Casson equation. Secondly, in each time step, we combine blood particles and sampling proxy particles on the blood vessel wall to form mixed particles and calculate the interaction forces through the SPH method between every pair of the neighboring mixed particles inside the graphics processing unit. Thirdly, the forces of the proxy particles will be mapped to the color display of the proxy particle. Experimental results demonstrate that our method is able to implement real‐time sizeable coupling of blood flow and vessel wall while mainly ensuring physical authenticity and it can also provide real‐time and obvious information about vessel wall force distribution. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

A rod-mass method of soft tissue modeling and three dimensional force vector estimation for tele-surgery training

In a tele-surgery training system, the transparency is extremely important so as to ensure the success of the operation and the safety of soft objects. Due to current technique limits, it is difficult to mount force sensors at the end of the slave manipulator. In this paper, we propose a novel rod-mass algorithm and construct the model of soft objects. Through the modeling process, the accurate three dimensional contact force vector between the end of the manipulator and the soft object can be estimated in real time. A virtual spring using Hooke s law is introduced to the novel mass–spring method. Applying an impedance model, the three dimensional contact force estimates can be calculated from the deformation of masses’ positions and velocities. In order to verify our methods, a virtual reality interaction platform is constructed including the Omni master manipulator, a four joints manipulators, a virtual reality display, and the soft object’s model. Numerical simulations and experiments are performed to verify the accuracy and the feasibility of soft objects grasping. Results show the high effectiveness and efficiencies of our methods.     

OpenGL中基于粒子系统雷达扫描实时模拟

雷达扫描模拟是战场态势视景仿真研究领域的难点之一。提出了一种基于粒子系统的三维雷达扫描实时模拟方法,结合雷达扫描的规律性,对传统粒子系统模型进行改造,用点元绘制雷达余辉粒子。并运用OpenGL图形库在PC机上实现了雷达扫描的实时模拟。实验结果证明该方法满足逼真性和实时性要求。     

基于OSG粒子系统的雪景模拟

为了模拟真实降雪场景,建立逼真的雪景仿真系统,提出了一种基于OSG (open scene graph)粒子系统的仿真模拟技术,建立以雪粒子受力情况分析为核心的自定义雪粒子模型.该模型分析了雪粒子的具体受力情况,随机确定雪粒子的各初始属性,并在每帧中动态的赋予雪粒子不同的风力值以模拟真实降雪场景中的风力情况,解决了传统模型中雪粒子受力不够真实的情况.实验结果表明,自定义雪粒子模型能够更加真实的模拟降雪场景,具有逼真的仿真效果.     

用于实时柔性触觉再现的平行菱形链连接模型

精度高且实时性好的柔性触觉变形模型是实现触觉再现系统的关键。提出了一种新的基于物理意义的平行菱形链连接触觉变形模型,系统中各个链结构单元相对位移的叠加对外等效为物体表面的变形,与之相连的弹簧弹性力的合力等效为物体表面的接触力。使用Delta 6-DOF手控器,建立了触觉再现实验系统,对柔性体的接触变形和实时虚拟触觉反馈进行仿真, 实验结果表明所提出的模型不仅计算简单,而且能够保证触觉接触力和形变计算具有较高精度,满足虚拟现实系统对精细作业和实时性的要求。