GPU上的实时三维云仿真

云的建模和绘制-直是计算机图形领域研究的挑战之一.提出了一种全在GPU上的三维云模拟和渲染的框架,从面片生成、排序和渲染全在GPU内完成.云建模采用编制的云模型编辑器对云的形状和颜色等属性进行编辑,通过面片组合生成三维云几何模型.云的渲染方面,采用GPU上实现的bitonic排序方法对组成三维云的面片进行排序以实现正确的alpha混合;并将图形引擎特性-几何着色器引入到GPU上的三维云渲染中,实现三维云几何形体在GPU中的生成.开发了三维云生成和渲染模块,实现了可视化仿真应用中大规模和实时渲染的三维云仿真模块.     

大型电站流体网络的POSTD实时仿真算法

本文针对大型电站实时仿真中常见的热工流体网络的求解问题,提出大型稀疏矩阵的POSTD实时仿真算法。POSTD (Pre___Ordering Symbolic Triangular Decomposition) 算法是在RCM排序算法的基础上加以改正,而得到的整体近似最优排序算法。同时根据流体网络计算的特点和要求,将原位LDL~1分解为三个步骤进行,即符号模拟分解、数值分解及数值求解。并在自动建模系统的支持下,在网络模块自动生成之前完成模拟定序和符号分解工作。从而大大提高了动态仿真的计算速度,同时节省存储单元,达到实时仿真的要求。该算法已编制成通用软件包。该软件包具有通用性强、实时性好、使用灵活方便和仿真精度高的特点。能适合并满足电站各种流体网络的快速计算,已用于长春20万千瓦仿真系统中。     

基于流体模型和GPU加速的火焰实时仿真

针对目前基于物理模型模拟火焰的计算量大、复杂度高,很难进行实时模拟的问题,提出了一种基于流体模型和GPU加速的火焰实时模拟方法,该方法根据火焰的不可压缩、低密度、无粘性等特点,通过流体方程计算火焰的物理属性,并将其求解过程在GPU中并行加速,从而大幅度提高了算法的运算速度,实现了火焰的实时模拟,并取得了较真实的模拟效果。     

实时流体模拟中边界检测方法的改进

基于物理的流体模拟近年来成为了计算机图形学和动画领域的研究热点,其方法在总体上可以分为欧拉法和拉格朗日法,其中基于拉格朗日法的流体模拟在处理边界时一般采取单元格标志的方法,这种方法精度较低且细节表现力不强。引入刚体碰撞检测的方法,对流体边界模型和算法进行了改进,通过对流体边界的预处理加速了碰撞检测的过程,使流体的边界不限于标志为边界的单元格,而是自由的面或线段。用例证明改进的算法提高了碰撞的精确度,增强了算法的实用性、灵活性和模拟的真实感。     

基于粒子系统和GPU加速的喷泉实时仿真

使用粒子系统实现的喷泉效果能够有效的增强三维场景的真实感,但传统的粒子系统在实时仿真中,粒子总数最多只能达到一万个左右,限制了喷泉规模和模拟效果.针对上述问题,提出了基于GPU加速的粒子系统喷泉模型,该方法将所有计算全部放在GPU中进行并行加速处理,提高了算法的运算速度,能够对100万数量级的喷泉粒子进行实时绘制,同时还模拟了水滴运动的视觉图像残留效应,有效地提高了喷泉的真实感.     

热工流体网络的实时仿真模型及其算法

本文以电站热力系统中热工流体网络为例,在网络的节点压力方程的基础上,建立了单相可压缩热工流体网络的数学模型。同时采用了隐式欧拉积分算法,使用了稀疏矩阵的双因子分解方法及准优化模拟定序技术,从而使网络系统的计算能够节省存储单元、缩短计算时间,达到了实时仿真的要求。由于电站中存在着许多热工流体网络系统,如风烟系统,给水系统,凝结水系统,主蒸汽系统,再热汽系统,轴封系统,油系统和冷却水系统等。各子系统的网络结构是不一样的。而同一子系统在不同电站中的网络结构可能也不相同。本文采用了网络矩阵算法和模块化建模方法,通用性强,能适用于任意拓扑结构的流体网络计算。     

基于可编程GPU的红外场景仿真实现

针对以前红外仿真方法细节差、实时性不高等技术难点,提出了一种新的红外物理模型实现方法。该方法将物理信息与物体的几何模型顶点绑定,提高了对红外场景的描述细节。该方法对物理模型的计算在CPU与GPU之间进行了分配,充分利用了可编程GPU的强大运算能力,有效提高了红外场景生成的实时性。讨论了几种典型探测器效应的添加方法。使用仿真图像来说明所提出方法的有效性,同时分析了该方法的优缺点。     

流体真实性仿真的国内外研究进展

介绍近二十年来流体真实性仿真的研究进展,分别从底层开发和基于平台开发两个方面阐述了目前流体真实性仿真主要研究方法。从Navier-Strokes和Lattice Boltzmann method(LBM)两个方面介绍了基于底层开发的流体模拟算法及其实现方式;总结了基于平台开发的流体真实性模拟主流工具及其实现效果。在对各种方法进行分析对比的基础上,对流体真实性仿真的研究方式与思路进行了探讨,指出了流-体真实性仿真的研究热点与发展趋势。     

实时仿真中二维实体表达技术

实时仿真中,二维实体表达的效率是影响系统实时性的重要因素,提高二维实体表达效率的关键技术是透明位图显示,通过DirectDraw、GDI 和GDI显示透明位图技术的分析及对比实验,提出了利用GDI光栅操作技术实现二维实体实时表达的优选方案。最后,给出了实时仿真中实体作战威力、毁伤程度、攻击、探测和干扰等行为、状态的动态表达效果。     

基于元胞自动机的云层实时模拟

云层的实时模拟是构造真实的虚拟自然环境的重要组成部分.然而,外观形状的不规则性和物理形成过程的复杂性增加了云层实时模拟的难度.在分析和研究现有云层建模和渲染方法的基础上,提出了一种基于元胞自动机的云层实时模拟方法,该方法的核心是采用元胞自动机理论对云层建模,使用风力函数对云进行控制;综合单散射和多重散射的方法构造云的光照模型;利用连续帧之间的相关性实现基于视点变换的云层实时渲染, 并利用Murakami的元球方法计算云的密度分布.实践证明该方法可以实时模拟具有较强真实感的云层.     

基于可编程图形加速硬件的实时光线投射算法

为了在保证绘制图像质量的基础上将体绘制算法的绘制速度提高至实时,提出一种基于可编程图形加速硬件(GPU)的光线投射算法实现(GRC,GPU-based Ray Casting)。GRC在可编程GPU中进行重采样和分类,使用矩阵逆运算以降低重采样坐标的计算复杂度,使用后分类技术以降低算法的空间复杂度。实验表明:对于2563规模的体数据,GRC能够在保证图像质量的基础,以超过30fps的速度进行绘制。     

基于生物模型和GPU加速的实时鱼类运动仿真

针对目前鱼类运动实时模拟系统计算量大、复杂度高、很难在普通PC上进行实时模拟等问题,提出了一种基于生物模型和硬件加速的鱼类运动实时模拟方法,该方法在对鱼类生物模型和运动进行分析的基础上,对鱼类进行模块化建模,同时对鱼的运动进行分解并设计了统一的鱼类运动函数,通过GPU进行并行加速处理,提高了算法的运算速度,实现了在普通PC上的鱼类实时运动模拟,并取得了较好的效果。     

GPU结合OGRE技术在红外场景仿真中的应用研究

针对红外场景仿真实际的需求,在梳理OGRE三维渲染引擎以及图像处理器GPU技术特点的基础上,对GPU结合OGRE技术实现红外场景仿真的可能性做了全面的技术分析,并详细介绍了三维场景建模、场景数据组织形式、数据格式选择、红外场景仿真实时性的解决办法等四个实际应用的技术要点.最后通过实拍图和仿真生成图的比对,证明该方法的有效性.     

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。     

虚拟座舱实时视景仿真系统的设计与实现

本文首先阐述了虚拟现实技术在虚拟座舱视景仿真领域的应用，并通过三维可视数据库对物体及地形场景进行了建模，然后利用实时开发应用程序对场景动画进行驱动，最后实现了虚拟座舱的实时视景仿真系统。该系统可以完全满足虚拟座舱实时性的要求，为研究座舱仿真系统的视景实时生成问题提出了新的解决方案。     

微型飞行器实时飞行仿真系统的设计与实现

微型飞行器的实时飞行仿真技术在飞行器集群控制、任务分配以及军事指挥等方面有着广阔的应用前景.在研究视景仿真技术的基础上,首先基于Multigen Creator和Vega软件,建立多架微型飞行器的飞行视景仿真环境.然后采用C++技术开发了该飞行仿真系统与路径规划系统的实时数据传输接口,并为每架飞行器设置了独立的运动模型,来接收路径数据和实时调整飞行器的路径及飞行姿态,从而实现了飞行器的实时协同飞行仿真.