可视化粒子编辑系统的设计与实现

粒子系统是描述自然现象及其他过程式模型的有效方法，目前已在可视化仿真中得到广泛的应用。针对目前粒子系统算法研究分散的现状，利用通用的算法和面向对象的结构设计方法和随机纹理控制的方法，开发了一种可视化粒子编辑系统。该系统不仅可以实现多种特殊效果，而且可以完成其他建模软件难以实现的过程式模型。简述了系统的基本功能及粒子系统的基本原理，论述了系统的设计与实现过程，讨论了利用该系统开发一个过程式模型的基本过程及面向对象的系统结构设计方法，给出了该系统实现的一些典型效果截图。     

Vega Prime实时视景仿真中粒子系统的应用研究

介绍了利用粒子系统方法模拟动态自然景物的基本步骤。应用了VegaPrime实时视景仿真软件中的粒子系统,通过设置粒子系统的颜色、亮度、透明度、形状、纹理、大小、速度和位置,逼真的模拟了火焰和烟雾的特效。通过将火焰粒子系统在发射坐标系中的速度转换到场景坐标系中,实现了火焰随着发射装置的随动。     

基于层次化结构粒子系统的实时火焰模拟

作为自然场景中特殊效应的一部分,火焰效果有着重要的作用。设计了基于粒子系统的火焰模型,讨论了模型参数变化对显示效果的影响,为了增加粒子系统的灵活性,引入空气速度场模拟火苗跃动现象,采用改进的高级粒子系统思想建立了粒子系统的四层层次结构,实现了具有较强真实感和实时性的火焰效果。     

基于粒子系统的导弹尾焰和尾迹的实时模拟

导弹飞行尾焰和尾迹的模拟效果极大地影响飞行类视景仿真的真实感和用户的沉浸感.基于粒子系统的原理,首先,分析了导弹尾焰和尾迹的运动模型:其次,采用了一种新的三元十字交叉粒子系统模型并简化了数学计算模型;另外,还结合纹理映射、公告板技术和其它计算机图形技术,对导弹尾焰和尾迹进行了同时模拟.仿真效果逼真且满足系统实时性的要求.     

基于粒子系统的实时雨雪模拟

雨雪效果的模拟可以大大提高飞行模拟器视景的逼真度，粒子系统是模拟雨雪效果的有效方法。在分析粒子系统的基础上，提出了一种模拟雨雪的实时算法。该算法的基本思想是将全部雨雪粒子分布于眼点前的视区内，高效率地利用有限的粒子来渲染场景。通过恰当选择粒子数量和粒子模型，该算法可以生成逼真的视觉效果并满足视景系统实时性的要求。     

一种真实感焰火实时模拟方法及其GPU实现

基于空气动力学和牛顿运动定律研究了焰火的形态建模、物理运动方程及其控制方法,同时分析了基于GPU的粒子系统的运行机制,给出了适用于GPU并行计算的双纹理缓存结构,并在此基础上提出了基于GPU的焰火粒子系统框架,实现了视景仿真应用中真实感焰火的实时模拟。基于GPU的粒子系统充分挖掘了GPU的并行计算能力,实验证明本方法可基于普通PC平台实现焰火运动和形态的实时逼真模拟。     

虚拟高坝泄洪挑流运动的建模与实现

以挑流泄洪为例,提出了基于泄洪水力学模型和粒子系统的虚拟泄洪水流运动的建模与实现方法,建立了坎前水舌运动、空中扩散射流、空中水舌碰撞以及水流跌水碰溅的粒子系统模型,实现了泄洪水流运动的场景逼真模拟,为直观分析高坝泄洪雾化问题提供了新的辅助手段。应用实例证明了该方法的有效性。     

基于粒子系统的焰火建模及其算法仿真

通过分析焰火燃放的特点,建立了基于粒子系统的焰火模拟模型,并设计出适合于大规模焰火模拟燃放的数据结构.分别以牡丹和领结为例,阐述了无拖尾和有拖尾两大类焰火的建模方法以及初速度与焰火形态的关系.此外,重点讨论了拖尾的实现和Billboard技术.对多个单品种的焰火模拟和多个焰火品种编排后的模拟实验结果表明,它们都取得了逼真的模拟燃放效果.     

视景系统中三维动态模型加载方法的研究与实现

虚拟场景中如果缺少了三维动态表现,会影响到模拟的真实感和系统表现。基于OpenGVS开发平台提出两种动态模型的加载方法:(1)利用3DSMAX加载三维刚性物体运动过程;(2)加载使用底层图形库开发的动态效果,例如基于粒子系统的火焰等。同时,还对动态过程表现中要求的帧速稳定性提出了一种解决方案。上述方法无需过多资金投入,加入虚拟场景后耗费资源少,程序控制简单有效,实现效果逼真。     

基于温度变化与物理模型的飘雪场景模拟

关于自然现象中飘雪的模拟一直是计算机图形学中最具挑战的问题之一.对于飘雪场景的模拟可以大大提高虚拟场景的逼真效果.在基于粒子系统的基础上,引入用温度变化来控制雪花大小和密度的算法,使场景模拟效果的真实性大大提高.同时,在分析雪花物理运动规律的基础上,提出了雪花的运动方程.通过恰当选择粒子数目,可以达到真实性和实时性要求.     

虚拟现实系统中飞行器航迹的实时模拟

烟雾等无定形物质的模拟一直是计算机图形学领域一个具有挑战性的问题，烟雾的实时模拟更是一个困难的问题。虽然目前现有技术已经可以生成真实感较强的动态烟雾，但由于这些方法多采用基于粒子系统的体绘制技术生成图像，因而大多数无法满足ＶＲ系统的实时性需求。本文提出了一种在ＶＲ系统中实时模拟飞行器尾部航迹的方法，该方法利用对平面多边形顶点灰度和透明度的扰动实时地生成和绘制航迹，算法简单高效，所生成的尾迹真实感较     

基于粒子系统的实时瀑布模拟

提出以线元为基本造型单位并基于动力学原理模拟瀑布的运动轨迹，结合层次包围盒和聚类树技术加速粒子的碰撞检测，并采用逐渐淡化融合的方法模拟水花的消失过程。实验证明该算法模拟瀑布的运动和外观效果真实，在普通的PC平台上利用标准图形系统即可获得实时的绘制速度。     

虚拟装配中基于数据手套的虚拟操作研究

在虚拟装配中,采用数据手套对虚拟物体进行虚拟操作,是进行虚拟装配的重要手段。首先给出了数据手套的虚拟操作流程,探讨了虚拟操作中存在的三个关键技术问题碰撞检测问题、手的穿透限制问题、手的抓取和拖放问题。然后对这三种关键技术逐项进行了剖析,并在此基础上给出了具体的解决算法面向对象的基于包围盒的碰撞检测算法、基于面片的穿透限制算法和抓取与拖放算法。最后构建了虚拟装配试验系统对这几种解决方案进行了验证。这几种算法能够保证虚拟装配系统的实时性和真实性,较好地解决了虚拟操作中存在的问题。     

事物系统与和谐统一——关于进步发展问题的现实性探讨

和谐统一是构成真正系统的前提，也是系统得以进步发展的根据。社会真正的发展需要和谐，可持续和全面的发展更加需要和谐。和谐统一的关系不仅是利益平衡及平等互换的顺畅通道，而且是公正平等的象征，更是正义、博爱、民主和自由的发源地。简言之，和谐统一是实实在在的客观理性和社会可持续全面发展必须严格遵循的客观规律。     

面向虚拟场景生成的Morphing扩充方法

针对基于特征线段的Morphing方法在虚拟场景生成中的缺陷,研究提出了一种扩充方法,称为Morphing 。该方法通过增加图像间的映射关系,使其满足透视性质;增加了由点到特征线中点的距离控制参数,增强对特征线作用大小调节;同时,引入了位置特征线的概念来控制场景中对象可见性的变化,使得特征线的作用更合理,变换更真实。Morphing 克服了以前方法中存在的透视、可见性、特征线岐义、效率低等问题,提高了绘制效率,结果图像更逼真。     

基于MATRIXx的分布式仿真系统研究

论文主要讨论了基于MATRIXx的通用实时分布式系统的开发。系统能自动接受不同类型的数据输入，这些数据可以是来自网络或本地终端。仿真模块中的份真模型能自动地得到这些数据并进行分析，建模计算，并最终产生实时的仿真控制信息。这些信息可通过特别设计的服务器传送到视景驱动模块中。该模块可用这些控制信息来实时驱动三维真实的模型。为实现系统的功能，设计了相应的功能接口以集成整个系统。同时系统中设计了相关的数据输入，输出组件以保证数据传输的通用性。该系统的成果可用于飞机飞行作战，训练，汽车驾驭，轮船驾驭等行业中。     

基于混合粒子群算法和快速非均匀平面波算法的介质目标反演

提出了一种重构介质目标的新方法--混合粒子群算法,研究了几何形状已知的介质目标介电参数反演、均匀介质柱的外形轮廓反演及外形轮廓与介电参数均未知时的介质目标反演三类问题。利用快速非均匀平面波算法加速矩量法求解介质目标的雷达散射截面,以介质柱体的散射场的实际测量值与迭代计算值的偏差作为目标函数,通过单纯形法和伪群交叉算法混合的粒子群算法对优化变量进行优化,使目标函数达到最小值来对介质目标的介电特性进行电磁成像。仿真结果表明：混合粒子群算法简单、通用,在反演过程中不用加入正则化处理以确保数值稳定性,比简单遗传算法具有更好收敛性能、更高的成像精度和抗随机噪声干扰的能力。     

基于量子遗传和无迹粒子滤波的人体运动跟踪

提出一种人体运动跟踪算法,用于解决多关节人体运动跟踪问题.由于无迹粒子滤波存在样本贫化现象,因而对目标运动估计产生影响,尤其估计模型为复杂的马尔可夫链的时域问题的影响尤为严重.通过分析产生该现象的原因,在无迹粒子滤波中引入量子遗传算法:一方面,增加样本集的多样性而缓解样本贫化现象的影响;另一方面,改善其估计、跟踪能力并有效缩短了计算时间.实验结果表明,所提出算法很好地减轻了样本贫化现象对无迹粒子滤波的影响,并提高了多关节人体运动跟踪的准确性,跟踪结果令人满意.