基于体纹理技术的瀑布与地形碰撞检测

采用体纹理技术进行瀑布与地形的碰撞检测.同采用层次包围盒的瀑布的碰撞检测不同,该方法将地形图元的平面方程通过实例化技术绘制到体纹理,再通过瀑布粒子运动位置对体纹理进行采样,由粒子与平面的距离判断瀑布粒子是否与地面发生碰撞,并根据反射规律决定瀑布粒子碰撞后的运动,从而绘制出瀑布下落后沿着地表面随着地势流动的效果.实验表明,该方法能够满足实时性绘制要求.     

基于粒子系统的实时烟雾仿真

 通过对烟雾力场的分析研究,将局部力场和动态力场相结合,用四边形面片代替粒子,采用与纹理结合的方法,让粒子以一定的角速度自转,模拟了烟雾的漩涡、烟雾与障碍物碰撞等场景。实验表明,该方法达到实时性要求,帧率不低于28。     

基于矢量量化压缩的大规模体数据直接绘制

针对大规模体数据通常不适合于硬件三维纹理加速绘制的问题,使用基于区域分裂的LBG算法对大规模体数据进行矢量量化压缩,使得其压缩编码适合硬件纹理空间大小.并在图形硬件的可编程渲染器中对压缩后的三维纹理体数据进行实时地矢量解码和绘制,在解码过程中通过设定掩码纹理给出了大规模体数据的局部感兴趣区域的体绘制.实验结果表明,在不同压缩比和信噪比下,大规模体数据绘制的图像仍然具有较高的质量且维持高帧速率,绘制性能满足实时交互.     

纤维表面气溶胶粒子沉积与反弹行为数值模拟

在单纤维表面粉尘树枝生长随机模拟基础上,采用Dahneke碰撞反弹模型分析纤维过滤中气溶胶粒子碰撞反弹行为.讨论捕集体近壁区粒子碰撞反弹运动特性及其对沉积物形态结构和过滤单元捕集效率的影响.研究结果表明:随着粒子直径增大,粒子与纤维表面的碰撞反弹频率增大;输送粒子与沉积粒子发生多次碰撞反弹后仍有可能被捕集;所有过滤工况下,粒子碰撞反弹频率增大,均将导致沉积物向紧密结构演变;引入粒子碰撞反弹作用后,较低拦截参数下过滤单元捕集效率随沉积量的变化关系呈现出两阶段性特征,各阶段的变化关系仍满足近似线性,而较高拦截参数下过滤单元捕集效率随沉积量的变化关系未出现此特征;在相同黏附能下,多分散粒子的捕集效率均高于单分散粒子情形.     

基于纹理硬件的大规模体数据快速绘制算法

针对大规模的体数据 ,有限的硬件纹理内存将大大降低算法的有效性 ,提出了一个新算法用于加速基于纹理硬件的大规模体数据的体绘制。基于一个新的 4级体数据装入流水线 ,算法在绘制前快速有效的对体数据进行预处理后 ,只将对最终结果图像有贡献的体元装入纹理内存并用于绘制 ,从而有效的降低了系统负载。同时 ,提出的算法支持对原始体数据分类阈值的交互修改与分类结果的快速预处理与交互显示。实验显示 ,与原始的基于纹理硬件的体绘制方法比较 ,本文提出的算法节省了 40 %到 6 0 %的绘制时间     

基于样图的肝脏体纹理合成与映射方法

为了能够在虚拟手术仿真系统中,可以清楚地看到肝脏的内部真实情况,增强用户的视觉临场感,将体纹理的原理与方法引入到肝脏的真实感绘制中。首先对样本集进行了处理,采用多样本的体纹理合成方法合成肝脏体纹理。其次,为了提高图形硬件的映射效率,将纹理地图集引入体纹理的映射中,采用基于三角形包围盒高度递减排序的方法填充纹理地图集,提高了纹理地图集的填充率。实验结果表明,映射之后的肝脏模型能够清晰地展示肝脏的内部纹理结构。研究成果对于虚拟肝脏手术的真实感绘制具有重要的意义,也为其它人体器官的体纹理合成与映射提供了思路。     

纹理映射体绘制的Java 3D实现

目的设计实现一个虚拟心脏系统原型,重点讨论其中的基于纹理映射的体绘制方法,给出用Java 3D软件方法实现纹理映射体绘制。方法获取CT心脏断层数据,对其进行预处理,在此基础上进行图像的滤波、分割、配准及裁剪,最后实现基于纹理映射体绘制的三维重构。结果用Java Java 3D实现了虚拟心脏系统原型中基于纹理映射的体绘制。结论采用软件方法(Java3D)实现了纹理映射硬件的功能,由于不需要三维纹理映射硬件的支持,降低了硬件成本。     

高能质子核反应截面的Monte Carlo计算

根据高能质子核反应的核内级联模型,采用Monte Carlo方法对高能质子入射靶核的核反应过程进行了模拟计算。碰撞进入靶核内的质子初始位置由随机抽样得到,而初始的能量和动量通过守恒定律计算得出;靶核内的核子数密度采用均匀分布近似;被碰核子的初始动量从Fermi分布中随机抽样得到,被碰核子的初始运动方向从各向同性分布中抽样;核子-核子碰撞动力学采用相对论下的两体碰撞近似。编程计算了高能质子核反应截面、次级粒子能谱等数据,并与相关结果进行了对比分析。     

一种基于动态纹理的运动场景可视化方法

为实现大规模角色运动场景的高真实感快速仿真,提出了一种基于动态纹理的可视化方法. 使用基于关节点旋转角的动作迁移方法,获取角色的运动动作;使用基于曲线式骨骼的变形方法,实现运动角色变形;将角色运动过程,通过渲染到纹理技术,生成内容可以实时更新的动态纹理;将角色的动态纹理应用到Billboard上,替代运动角色,实现快速绘制;使用GPGPU(General Purpose on GPU)技术加速角色变形和绘制,进一步提高仿真速度. 对于包含1万个角色的大规模场景,可以实现30FPS的实时渲染,实验结果表明该可视化方法能够快速仿真大规模角色的运动场景.     

基于八叉树编码的CUDA光线投射算法

目的针对传统的GPU光线投射算法绘制效果差,绘制效率低的问题,在CUDA架构上对光线投射算法进行优化和加速。方法首先采用八叉树对体数据进行编码,有效地剔除体数据中对重建图像无贡献的部分;其次,将体数据绑定到三维纹理上,根据体数据大小分配线程,每条光线与体数据求交时采用并行计算;最后,在CUDA内核中实现光线投射算法。结果仿真实验结果表明文中算法可以将传统GPU光线投射算法的绘制速度提高7～15倍,并增强算法的绘制效果。结论算法对传统的GPU光线投射算法的绘制速度和效果都有提高。     

从布郎运动的碰撞机制导出郎之万方程

研究了布郎运动的弹性碰撞机制，证明了布郎粒子的能量均分定理。并且证明由布郎粒子和周围分子的碰撞过程，可以导出郎之万方程，并给出粘滞阻力和随机力的微观解释。     

用颗粒相双尺度二阶矩湍流模型模拟突扩两相流动

基于将颗粒脉动分成湍流引起的大尺度脉动和颗粒间碰撞产生的小尺度脉动的概念，应用单相流动多尺度湍流模型方法，从双流体模型出发，推导和封闭了颗粒的双尺度脉动雷诺应力方程、大尺度脉动能量传递率方程、小尺度脉动耗散率方程和两相脉动关联方程，用统一的湍流模型方法构造了包含颗粒两类脉动的新的颗粒双尺度二阶矩两相湍流模型．用该模型对突扩管内的两相流动进行了数值模拟，并和单尺度的二阶矩两相湍流模型进行了比较，计算结果和实验数据吻合较好，比单尺度的二阶矩两相湍流模型的计算结果有所改进．     

特征参数对DSMC方法模拟声场中颗粒碰撞的影响

直接从颗粒受力和运动出发,基于直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法建立颗粒碰撞模型,模拟声场中颗粒的碰撞过程,通过改变模拟条件,探讨DSMC方法中的特征参数(取样颗粒的数目权重、网格数目、时间步长)对颗粒碰撞率和计算时间的影响.结果表明:频率越大,颗粒容积份额变化越迅速,颗粒空间分布越不均匀;数目权重的增加对颗粒碰撞率影响较小,而对计算时间的影响显著,使其迅速减少;网格数目增加,碰撞率降低,计算时间则先迅速降低,随后在低频时基本不变,高频时略有上升.研究还发现:随着碰撞时间步长的增加,低频声场中碰撞率单调增加,高频声场中碰撞率先增加而后出现波动;碰撞时间步长的增加将引起计算时间减少,减少量在碰撞步长较小时最为明显.     

定常均匀流中颗粒均匀分布的稳定性

在双流体模型的框架下,对定常均匀流中颗粒均匀分布的稳定性进行了分析。给出了颗粒均匀分布的稳定性条件。研究了影响颗粒均匀分布状态稳定性的主控参数及颗粒均匀分布稳定的参数范围。讨论了颗粒碰撞恢复系数、颗粒初始体积分数对颗粒聚集的影响。发现随着颗粒Re的增加,系统将会由稳定状态转变为不稳定状态。在初始的颗粒体积分数小于0.015的情况下,系统对短波扰动是稳定的,对长波扰动是不稳定的。在颗粒初始体积分数高于0.015时,系统对短波扰动是不稳定的,对长波扰动则是稳定的。颗粒碰撞弹性恢复系数越小、颗粒初始体积分数越大,颗粒聚集现象越明显,只有在颗粒浓度小于0.0005的情况下,颗粒才不会出现聚集现象。     

Cloth Modeling Based on Particle System

A physical-based particle system is employed for cloth modeling supported by two basic algorithms, between which one is the construction of the internal and external forces acting on the particle system in terms of KES-F bending and shearing tests, and the other is the collision algorithm of which the collision detection is carried by means of bi-section of time step and the collision response is handled according to the empirical law for frictionless collision. With these algorithms, the geometric state of particles can be expressed as ordinary differential equations which is numerically solved by fourth order Runge-Kutta integration. Different draping figures of cotton fabric and wool fabric prove that such a particle system is suitable for 3D cloth modeling and simulation.     

固体颗粒在逾渗多孔介质中的吸附特性

采用数值计算的方法,通过求解描述低速流体流动的Stokes方程以及简化的颗粒运动方程,初步得到颗粒在逾渗多孔介质中的运动轨迹,并在此基础上,求得颗粒与多孔介质内表面的碰撞概率,进而研究颗粒的被吸附特性.数值结果表明均匀多孔介质和分形多孔介质对颗粒的吸附存在本质差异.颗粒流出概率(实际中常表示为出口悬浮液中的颗粒浓度)与多孔床深度间的指数关系仅对均匀多孔介质成立,而对分形多孔介质并不成立.     

平面圆型限制三体问题

对平面圆型限制性三体问题进行了讨论，建立小质量质点在旋转坐标系中的运动微分方程，找出雅可比积分，并讨论给出零速度面方程中的两个特解．     

粒子系统和LOD技术在三维场景中的运用

运用LOD和粒子系统实现的三维瀑布的绘制和漫游。采用粒子系统组织瀑布结构,结合视点相关的LOD、层次包围盒、聚类树和显示列表加速绘制和漫游,并采用逐渐淡化融合法模拟水花的消失过程。     

Mixed Model for Silt-Laden Solid-Liquid Two-Phase Flows

The kinetic theory of molecular gases was used to derive the governing equations for dense solid-liquid two-phase flows from a microscopic flow characteristics viewpoint by multiplying the Boltzmann equation for each phase by property parameters and integrating over the velocity space. The particle collision term was derived from microscopic terms by comparison with dilute two-phase flow but with consideration of the collisions between particles for dense two-phase flow conditions and by assuming that the particle-phase velocity distribution obeys the Maxwell equations. Appropriate terms from the dilute two-phase governing equations were combined with the dense particle collision term to develop the governing equations for dense solid-liquid turbulent flows. The SIMPLEC algorithm and a staggered grid system were used to solve the discretized two-phase governing equations with a Reynolds averaged turbulence model. Dense solid-liquid turbulent two-phase flows were simulated for flow in a duct. The simulation results agree well with experimental data.     

金属微粒与电极碰撞恢复系数的理论和实验研究

金属微粒是降低气体绝缘金属封闭输电线路(GIL,gas insulated transmission lines)绝缘强度的关键因素之一,研究金属微粒与电极的碰撞恢复系数可为微粒陷阱等金属微粒抑制措施提供理论基础。基于弹塑性变形理论,给出了法向恢复系数和切向恢复系数计算公式,并通过碰撞恢复系数测量平台研究了微粒材质特性、微粒直径以及碰撞速度对碰撞恢复系数的影响规律,实验测量结果验证了理论计算公式的可靠性。理论计算和实验测量表明:按金属材质铝、铜、钢的顺序,法向碰撞恢复系数逐渐减小,切向碰撞恢复系数逐渐增大;法向碰撞恢复系数和切向碰撞恢复系数均与微粒直径呈负相关;同一斜碰撞角度下,法向碰撞恢复系数随碰撞速度的增加而减小,切向碰撞恢复系数随碰撞速度的增加先减小后增加,并且不同斜碰撞角度下的法向碰撞恢复系数或切向碰撞恢复系数变化规律类似。文中关于碰撞恢复系数的计算方法可为微粒陷阱等工程设计提供理论支撑。