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。     

三维流场特征描述语言与交互式可视化

基于特征的可视化可以简化流场显示、突出流场数据关键特征,主要应用于处理复杂流场。传统的基于特征的可视化方法多为自动的提取方法,无法有效结合研究人员的知识与经验,也难以满足研究人员的交互需求。在关注提取算法交互性的同时,考虑复杂流场特征区域精确界定的困难,提出了一种交互式模糊特征描述语言FFDL与改进的交互模糊特征提取算法,实现了对典型流场特征的灵活描述与交互式提取。首先根据模糊理论对三维流场特征进行描述得到模糊描述模型,然后介绍了FFDL的语法规范和语义框架,并给出了基于FFDL的交互式模糊特征提取算法和实现。最后基于已有的流场可视化系统,利用来自不同领域的多个实际数据验证了交互式模糊特征提取算法的有效性和实用性。     

SIMULINK中自定义模块的创建与封装

介绍SIMULINK中用S-函数(System Function)创建和封装用户自定义算法模块的方法,并利用S-函数基本的程序框架资源,编写了实现跟踪-微分器算法的M源文件,应用测试模型测试了其准确性。这一具体实例表明,SIMULINK中S-函数自定义算法模块可以大大减少工程人员的编程工作量,简化复杂模块组的搭建,并实现动态仿真过程的可视化,一方面简化了数字仿真过程,另一方面又扩展了SIIMULINK的应用领域。     

体系仿真分析中指控网络可视化表现系统研究

在界定了面向体系能力仿真分析的可视化表现基本概念的基础上,给出了面向体系能力仿真分析的指控网络模型的功能分析和可视化表现需求分析。按照可视化表现需求分析的基本内容和目标,首先研究了指控网络拓扑结构可视化表现方法,提出了一种拓扑图布局算法;其次,提出了行为的分层次可视化表现方法;再次,提出了交互的分领域可视化表现方法;最后,给出了仿真结果数据的图表可视化表现方法。在阐述了可视化表现系统具体实现方法和技术后,给出了指控网络可视化表现效果示意图,验证了该可视化表现方法的实用性。     

基于改进IBFV的矢量场剖面纹理可视化

通过分析经典IBFV方法可视化效果差的原因,提出改进方法:在IBFV过程中使用相关性较高的背景纹理图像。该背景纹理使用GLSL由GPU加速的多重线积分卷积生成。研究了将三维矢量场投影到二维图像空间的方法;利用GPU的顶点颜色插值功能,将离散矢量场转换为连续的纹理数据场,以便于使用GPU完成线积分卷积运算。在算法实现过程中,研究各参数对显示结果的影响,找出合适的取值。通过以上分析和研究,相比于IBFV改进的算法的可视化效果将得到显著提高。     

航天器运动可视化仿真建模技术研究

航天器及其力学部件的可视化运动模型构建技术是航天器飞行控制可视化仿真的关键技术环节之一。针对三轴稳定卫星、自旋稳定卫星等不同类型航天器,通过对其运动力学模型及其各部件运动特性的分析研究,结合图形学原理,建立了航天器位置、姿态运动及其太阳帆板、推力器等部件相对运动的可视化仿真建模算法,利用实时测控数据,成功实现了航天器飞行控制可视化仿真,并在测控任务中得到了应用。     

基于粒子系统算法的矿井火灾可视化研究

利用虚拟现实技术系统对矿井火灾进行模拟,从而提高矿井火灾救灾处理及事故勘察水平是当前煤矿灾害处理的发展方向。其中最关键的技术是解决矿井火灾模拟中火灾现象可视化的问题。本文从矿井火灾现象独有的现象出发,论述了采用粒子系统建立矿井火灾虚拟现实系统中火灾现象的可视化表现的原理、算法,介绍了煤矿火灾的特点以及粒子系统算法应用于煤矿火灾虚拟现实时的特殊处理方法。据此编制了基于粒子系统算法的矿井火灾可视化程序。     

计算信号流图传递函数的改进算法及可视化

介绍了基于Shannon-Happ公式计算系统信号流图传递函数的改进算法，与Mason公式法比较，此方法简化了算法设计，首先对信号流图的一些特殊形式进行了分析，给出了一种使用回路添加技术建立互不接触回路组合的实现手段。采用分离变量的方法将符号变量引入到信号流图中，使得求取的传递函数中可包含代表支路参数，非线性项或相对独立子系统的符号变量，由此可直接处理系统中的非线性延迟项，随后探讨了将含符号变量的信号流图应用于非零状态MIMO系统的问题，简介了基于常参数网络拓扑算法的可视化和利用所得传递函数进行系统性能分析的方法，及其仿真软件AVANT，最后文章给出了改进算法和可视化方法的检验结果。     

空战仿真可视化系统的研究与实现

针对目前空战仿真研究的实际需求,本文首先讨论了空战仿真可视化的研究内容,并进一步给出一种空战仿真可视化系统的实现方法。该系统利用OpenGL三维图形实用程序技术,在PC机上实现了空战仿真的各种可视化因素,并达到了逼真的演示效果。     

可视化技术在气象数据场分析中的运用

现代战争,特别是高技术条件下的局部战争,数字化战场及高、精、尖技术在军事领域的广泛应用,对气象保障的及时性,精确性和综合性提出了更高的要求。利用可视化算法并结合OpenGL对气象数据进行处理,实现了对于二维、三维标量场和矢量场数据的可视化。实验表明,充满视觉效果和交互能力的气象数据可视化使得原本冗繁的气象数据分析工作变得简单直观。     

一种基于梯度域的三维军标绘制方法

为提高三维战场环境仿真中军标的标绘速度,提出一种基于梯度域的三维动态军标快速绘制方法。本方法首先提取军标覆盖区域的地形数据,通过梯度域计算获取对地形形状影响最大的若干特征点;通过特征合并对特征点进行进一步精简;通过对特征点进行样条插值,实现三维军标控制曲线的平滑过渡。实验证明,通过本绘制方法可以实现军标的快速绘制,并能使军标在动态运动过程中保持地形匹配,可显著提高军标绘制效率。     

一种基于数字地球的运动模型与地形匹配方法

三维模型与地形的匹配问题涉及到模型控制矩阵与模型与地形接触点高程值的计算。其中接触点高程值的计算问题与地形渲染采取的数据组织和绘制算法密切相关,采用规则网格构建地形的数字高程模型,在此基础上提出了弱网格实现数据结构的地形匹配算法。首先为三维模型在三维GIS视景中建立了数学控制匹配模型,然后基于规则网格像素坐标系计算模型与地形接触点的高程值。方法不考虑规则网格的具体绘制实现技术,在采用规则网格的地形下具有较强的适用性。     

大规模地形动态快速绘制技术研究

大规模地形的快速绘制是目前的研究热点,如何有效地进行地形数据组织及模型简化,关系到渲染的速度和效果。为解决这个问题,结合现有算法提出了一种基于灵活简化准则的分块连续LOD模型构造算法,以及相应的模型预裁减调度绘制算法,将大规模地形转换为小块地形进行处理,并利用视点运动的连续性和前后帧的相关性,管理调度细节层次模型。实验结果表明,该算法有效地解决了绘制速度与质量之间的矛盾,较好地实现了大规模地形场景的实时快速漫游。     

嵌套二叉树实现大规模地形实时绘制

实时调入视点可见数据,快速动态地建立连续细节层次(LOD)模型是提高大规模地形绘制速度的关键技术。在数据分块组织的基础上构建了两层嵌套二叉树。通过索引数据二叉树和可见性判断,实现可见数据的实时调入;对可见数据块,通过LOD建模三角形二叉树和设计的基于包围球的节点误差评价函数,实现连续LOD模型的快速动态构建,提高大规模地形的绘制速度。实验表明文中的方法可以取得较高的帧速率和较好的绘制效果,实现了大规模地形的实时绘制。     

一种时间控制的地形绘制算法

提出一种由时间控制的三维地形绘制新算法。依据事先确定的绘制时间对分块地形加以时间分配,同时考虑人眼感知因素确定地形绘制多分辨率层次,保证漫游中每帧的绘制时间与预设的地形绘制时间相等,与地形特点和视点位置无关,实现每帧地形绘制时间恒定,有效地解决了漫游过程中由于绘制帧速率不稳定而造成的显示滞后和画面的跳跃现象。算法适合具有大规模地形的场景实时漫游系统。最后通过实验数据表明算法是可行而且有效的。     

一种超大规模地形的实时渲染方法

地形的三维可视化在多个领域中有着广泛的应用。本文将地形数据分块技术、LOD技术、视锥裁减技术和ROAM算法等相结合,提出了一种解决超大规模地形数据实时渲染问题的方法。该方法可以实现足够大规模地形数据的实时连续细节层次渲染,并且利用了帧和帧之间的关联性,极大的提高了渲染速度,取得了较好的渲染效果。     

一种基于顶点纹理的LOD地形渲染算法

Shader Mode 3.0引入的Vertex Shader Fetch是GPU可编程图形渲染技术发展的又一重要进展,基于该技术提出了一种新的地形渲染算法.算法主要特点是将地形高程数据组织成单通道纹理存放于显存,用于支持视点跟随的LOD地形渲染.绘制阶段,CPU端只需输入平坦的嵌套状的网格,GPU端首先根据当前视点参数计算该网格顶点的实际二维位置坐标,使用该坐标从地形纹理中采样出该顶点的高程值,这样平坦网格的顶点获取到实际的三维坐标值,图形渲染管线将继续处理直至输出显示.如此安排绘制流程可以彻底消减CPU计算负载,转而充分运用GPU高数据处理能力和可编程特性.实验表明,使用本算法绘制地形,效果逼真、绘制效率大大高于传统LOD地形绘制算法.     

实时地形绘制的两级瓦片四叉树索引

针对地形场景绘制的海量数据管理和实时性要求,提出一种两级瓦片四叉树索引方法:首先将地形数据在水平面上进行初级方格剖分,然后在每个初级方格面片上构建瓦片四叉树,分块数据被两级索引唯一标识。以此为基础,设计了自底向上的视点扩散绘制数据检索算法。实验结果表明,该索引能够大幅度减少辅助信息存储,并提高绘制检索的速度。     

一种用于实时可视化的海量地形数据组织与管理方法

针对海量地形数据实时可视化，提出了一种瓦片金字塔模型和线性四叉树索引相结合的地形数据组织方法，利用视景体裁剪、基于分辨率测试的目标瓦片快速搜索算法和瓦片请求预测机制实现了场景数据的动态管理。实验结果表明，该研究成果能够实现真实感海量地形数据的实时可视化与交互操作。     

一种基于现代GPU的大地形可视化算法

地形渲染在计算机游戏,飞行模拟和视景仿真等领域的应用越来越广泛,随着渲染场景复杂度的增加,每次需要绘制的地形数量也越来越庞大。同时,新一代的显卡绘制能力的不断增强,原有的许多地形渲染算法已经不能很好的满足用户需求。在总结现有算法的基础上,提出了一种基于现代GPU的地形渲染算法。该算法同样使用高程图作为地形数据,将地形分成很多小块,每次渲染时以块为单位,所有小块使用四叉树组织成一个层次化结构,不同层次的节点代表了不同细节层次的地形范围,并且采用了与Mipmap类似的细节简化方式,渲染时不需要对分块重新简化。为了保证CPU和GPU的负载平衡,将一些复用率高的地形分块缓存到显卡中,大大降低带宽需求。实验证明该算法可以更为充分利用图形处理器的加速能力,既能满足渲染精度要求也能达到一个较高的帧率。