流体模拟动画技术新进展

自然场景的模拟一直是计算机图形学研究的热点,随着动画影视、虚拟现实以及计算机游戏的飞速发展,对流体模拟技术的绘制速度与场景细节真实感的要求也在不断提高。通过描述最近几年来流体动画模拟领域的新技术,对流体模拟计算仿真的主要步骤细节技术进展进行分析讨论,并指出流体动画模拟技术进一步的发展方向。     

基于CUDA的大规模流体实时模拟

流体模拟是计算机图形学中一个重要课题。使用基于粒子的光滑流体动力学SPH(smoothed particle hydrodynamics)方法模拟大规模流体的运动需要大量的粒子模拟流体,计算量巨大,传统的方法很难达到实时性要求。为了解决该问题,使用NVIDIA的并行计算架构CUDA(Compute Unified Device Architecture)将SPH方法的全部处理过程在GPU上实现,充分利用了GPU并行计算的性能优势。使用Z-order排列改进已有的并行邻域搜索算法,并通过优化数据结构及存储器分配,有效缓解了SPH方法在GPU架构上的性能瓶颈。实验结果表明,该方法能实时逼真地模拟大规模流体,与已有的GPU方法相比处理速度有显著的提升。     

计算机流体动画技术的研究进展

烟雾、流水等流体是自然环境的重要组成部分,计算机模拟的流体行为能增添虚拟现实真实感,更好地烘托环境气氛.针对近年来计算机流体动画领域出现的许多研究成果,综述了该领域的发展现状,介绍了相关研究所采用的理论方法,并结合具体现象进行分析,最后阐述了其未来发展方向.     

基于物理的流体模拟动画综述

基于物理的流体模拟近年来成为计算机动画领域的一个研究热点.回顾了该领域中基于物理的流体模拟的发展情况,总结了该研究方向所采用的各类方法,并结合各种现象的特点分门别类地详细展开.其方法总体上可以分为欧拉法和拉格朗日法,涉及的现象包括烟雾、火焰、爆炸、波浪、气泡以及自由运动界面等.最后展望了未来发展的3个重点：细节策略、加速策略和控制策略,以使整个模拟能够更好地满足人们对真实感、实时性以及灵活性的需求.     

结合三维流体模拟合成的定格场景动画生成

定格和三维流体动画都是三维动画的一个重要组成部分。实现三维动画模拟相融合是一般动画项目中遇到的特殊困难和瓶颈,将三维流体动画和定格动画进行合成制作,提出基于流体插件体系解决如何把生成的三维流体动画运用到定格动画中的方法。为三维动画之间的模拟合成探索新的视觉艺术形式寻求了技术的突破。     

三维修正SPH方法实现的海水运动效果模拟

围绕SPH的标准控制方程,对SPH的标准核函数使用了所谓的线性再生核近似方法进行修正,这种方式所取得的梯度效果令人满意。修正的SPH方法模型用来模拟流体自由表面运动。仿真效果展现了水平面上波的形成和传播过程。最后在Open GL环境下实现了的逼真模拟效果。     

流体动画生成方法研究综述

计算机图形学下的真实感流体动画生成技术,在影视特效和广告、三维游戏开发、虚拟现实等领域有着重要的应用价值。文章回顾了近些年来流体动画的发展趋势,将其研究成果归纳为三类：经验方法、物理方法和数据驱动方法,并总结这些方法的优缺点。其中重点介绍了主流的物理方法和最新发展的数据驱动方法。     

基于几何特征的流体动画控制方法

在流体动画中,流体控制是生成可控流体运动的关键技术.为产生视觉逼真、行为可控的流体动画效果,提出一种基于几何特征的流体控制方法.首先通过构建流体形状的时变几何分区,实现对可控流体形状的表达及动态跟踪;在此基础上设计异构控制模型,以增强流体运动控制的灵活性,该模型采用了带约束优化的刚性控制和基于弹簧模型的柔性控制2种方法;最后将异构控制模型与高精度流体物理模型相耦合,生成视觉逼真的可控流体运动效果.实验结果表明,该方法能够在保持流体角色形状的同时产生丰富的流体细节,满足动画师的设计需求.     

一个SPH流体实时模拟的全GPU实现框架

怎样实时地进行高度逼真的大规模流体模拟是图形学要研究的一个重要内容。流体的模拟由物理计算、碰撞检测、表面重构和渲染几个部分组成,因此有大量工作针对流体模拟中的各个部分算法进行GPU加速。提出一整套基于GPU的SPH流体模拟加速框架。在利用平滑粒子动力学(SPH)求解Navier-Stokes方程的基础上,借助基于GPU的空间划分PSS(Parallel Spatial Subdivision)来大幅度提升粒子碰撞的检测速度。同时,设计一种基于几何着色器(Geometry Shader)的流体表面信息的重建算法,并进一步地实现基于索引的优化,使得在流体表面重建过程无须遍历不包含表面的区域。实验结果表明,该方法能实时模拟出具有较好真实感的流体场景。     

应用SPH方法实现海面孤立波运动的模拟

首先介绍孤立波的Kd V方程,继而讨论了孤立波SPH方法的数值求解过程,选择SPH光滑核函数作为正则化高斯核函数。分析了数值求解过程的时间积分方法,给出了具体计算公式,最后给出相应程序中的具体参数下孤立波运动模拟效果。     

耦合几何特征的高精度流体动画建模方法

动漫制作中涉及到大量的流体动画特效,视觉逼真性是它们的基本追求.然而,传统的物理模型计算代价高、效率低且流体细节易丢失.针对这些问题,文中提出一种耦合几何特征的高精度流体动画生成方法,通过利用不同流体细节(如水面和水花)之间的相关性提高计算效率和计算精度.该方法首先建立几何模型,对流体表面易于产生流体细节的区域即细节敏感区域进行定位、量化和跟踪.然后将几何模型与高精度流体动画物理模型相耦合,通过将几何模型中的定位量化函数映射为粒子密度函数,以此调整物理模型中的粒子集,从而更有效地产生高精度的流体水面和水花等细节效果.实验结果表明,文中方法能够提高流体动画计算的效率和精度,高效地生成更具有视觉真实感的流体动画.     

对动画片的剧本主题研究

本文就动画片剧本主题的发展历史和现状,结合国内外相关领域的成功案例,分析我国动漫产业如何发掘出更多的动画故事,使得我国动画剧本的取材更加多样化,制作出更多的优秀动画作品,从取材致胜,加快我国动画产业的进一步发展。     

动画速写课程教学研究

动画速写是动画专业一门重要的基础课,它在教学目标、教学对象、教学手段等方面同其他专业的速写课有着本质的区别。通过开展动画速写课可以培养动画专业学生的观察能力和表现能力,为下一阶段的动画专业课奠定坚实的基础。     

Psychological Evidence for Unconscious Processing of Detail in Real‐time Animation of Multiple Characters

Detailed animation of 3D articulated body models is in principle desirable but is also a highly resource‐intensive task. Resource limitations are particularly critical in 3D visualizations of multiple characters in real‐time game sequences. We investigated to what extent observers perceptually process the level of detail in naturalistic character animations. Only if such processing occurs would it be justified to spend valuable resources on richness of detail. An experiment was designed to test the effectiveness of 3D body animation. Observers had to judge the level of overall skill exhibited by four simulated soccer teams. The simulations were based on recorded RoboCup simulation league games. Thus objective skill levels were known from the teams' placement in the tournament. The animations' level of detail was varied in four increasing steps of modelling complexity. Results showed that observers failed to notice the differences in detail. Nonetheless, clear effects of character animation on perceived skill were found. We conclude that character animation co‐determines perceptual judgements even when observers are completely unaware of these manipulations. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

流行文化影响下的动漫服装风格定位研究

本文对当前流行文化的特点及其影响下的动漫服装消费群体的特征进行归纳分析,提出动漫服装风格的定位方法及主要风格类型,为设计师提供理论指导,使他们能更有效的结合动漫设计和服装设计这两个不同学科领域的艺术表达形式,把动漫服装设计成既有服用功能,又兼具艺术性与观赏性的服装,使其成为需求文化的特殊商品,促进产业及产业间的发展融合。     

基于物理及数据驱动的流体动画研究

主要针对近年来流行的基于物理及数据驱动的各种流体动画模拟算法及其应用给出了一个全面的前沿性综述.首先,对传统的基于物理的流体模拟加速方法进行了综述和总结,同时给出了此类方法中各种算法的优劣性分析;其次,对现有的基于数据驱动的多种算法进行了综述和分析.特别地,将现有的数据驱动方法归结为3类,即数据插值法、数据预计算方法和基于深度学习的方法.并且,进一步讨论了基于数据驱动的流体动画模拟算法的几个关键问题以及其研究趋势与方向.     

细节保护的流体表面绘制方法

为了在流体仿真中实现逼真的可视化效果,有效地保护流体表面细节,提出一种面向粒子流体的表面绘制方法.首先定义了一个自适应标量场计算模型,用自适应的椭球型核函数取代传统的球型核函数,并通过约束校正的方法获得自适应的粒子半径;为了降低内存消耗,提出表面粒子提取方法,根据粒子的数量自动计算网格的分辨率,并仅在接近表面的粒子上生成标量场;在绘制阶段,将场景中物体的几何绘制与光照计算解耦和,在着色中采用屏幕空间的折射与焦散方法.实验结果表明,在不同规模的粒子流体场景中,该方法都具有很好的可视化效果和性能.     

Flash影视动画创作研究

自从动画电影出现以来,动画界一直在探索动画制作的方法,寻找成本更低、速度更快、品质更好的动画创作技术。Flash是一种全新的2D动画创作方式,它可以完成动画制作过程的所有环节,从而提高制作效率,降低成本;它还能结合其它软件,开发出新的动画外观。然而要使Flash动画制作最终符合人们实际的期望,人们还需要更多地了解Flash的特点、Flash生产模式的独特性、制作技巧以及管理方法。