虚拟校园漫游系统优化算法研究

虚拟校园是可视化技术需求最为迫切的领域之一,虚拟现实技术可以广泛应用在虚拟校园的各个方面,并带来切实的效益.以第2炮兵士官学校虚拟校园的建设为例,对虚拟校园实时漫游系统的建模技术、实时显示技术、渲染技术的优化方法进行了分析,给出了模型优化、场景调度、渲染加速、实时驱动的计算方法,并对可见性判定和消隐技术、细节层次模型、纹理映射技术等进行了初步研究.     

基于外存八叉树的三维激光点云实时渲染技术

为了解决海量点云数据的实时渲染问题,采用基于外存储器构建细节层次八叉树索引结构的方法用于三维点云数据实时渲染,并用8G内存的普通计算机对天津师范大学教学区10.2GB的扫描点云数据进行实验验证.结果表明:实时渲染时的帧率在16 f/s上下浮动,且无明显延迟,表明该方法支持超过内存容量的三维激光扫描点云数据的实时渲染.     

流域三维虚拟环境建模方法研究

三维虚拟环境建模是实现流域三维仿真模拟的关键环节,建模方式的合适与否将直接影响仿真模拟的效果.结合都江堰工程区域建模研究了流域虚拟环境重点实体和普通环境实体的建模方法与流程,重点实体建模以基于几何的建模方法为主,采用纹理映射技术和细节层次技术解决模型建模量与渲染量之间的矛盾.普通环境实体建模以基于纹理图像的建模方法为主,结合模型实例化技术解决建模量与内存占用问题.为优化场景建模,提出了模型结构调整的基本原则,讨论了基于外部参考的模型场景存储方式的优缺点.     

基于粒子系统的飞行特效模拟

基于粒子系统理论,提出飞机尾焰建模方法,采用纹理映射技术、多细节层次（levels of detail, LOD）技术对尾焰粒子进行实时渲染,加快了渲染速度,增强了真实感.仿真结果表明,生成的飞机尾焰效果真实,具有良好的实时性,可在普通的PC机上流畅运行,同时给出了雨和雪的特效仿真.     

基于云渲染的三维BIM模型可视化技术研究

利用BIM(Building Information Modeling)技术进行工程建设的精细化管理需要实现三维BIM模型的在线展示及交互操作.传统的三维图形可视化技术虽然能够实现模型展示,但存在模型文件格式兼容性差,对终端设备硬件要求高,缺少必要的交互功能等问题.针对这些问题进行系统分析,提出了一套基于云渲染技术的三维BIM模型可视化解决方案.其中包括源模型文件轻量化转换技术,基于HOOPS的图形引擎开发技术,以及基于云渲染的大体量模型浏览器展示和交互技术.通过系统研发实现了主流建模软件Revit、Catia、Microstation、Tekla模型源文件的轻量化转换,以及基于云渲染的图形引擎系统,并在北京至张家口铁路工程建设项目中进行了验证.     

基于OpenGL的地球模型仿真方法研究

地球模型的三维可视化在google earth等商业软件中已有所体现,但对其核心方法鲜有系统性的研究.OpenGL作为强大的三维图形函数库,能够支持用户便捷地实现三维模型的建模及渲染输出.地球模型仿真中的球体建模、纹理映射、旋转和缩放等涉及很多复杂的计算机图形学知识以及算法,可以使用OpenGL提供的函数方法予以实现.使用OpenGL提供的建模和纹理映射函数,建立了贴合纹理的地球模型;探讨了模型视图矩阵的特性和内涵,然后使用实时保存模型视图矩阵的方法,实现了地球模型围绕三维坐标轴旋转的功能.     

视景仿真系统中三维地形的实时生成方法

三维地形是虚拟自然环境中不可缺少的因素,也是虚拟仿真领域中视景系统的重要组成部分.三维地形的巨大数据量一直是视景仿真研究中的难点与热点.本文提出用函数曲面来保存地形顶点数据,在渲染开始前预先载入和计算生成地形数据,而在渲染阶段则利用视点相关LOD(Level of Detail)模型来简化渲染数据,实现大规模地形网格的绘制.实验结果表明,该方法能有效减少实时绘制时的计算量,提高绘制速度,较好地保证了大规模三维地形的实时生成效果.     

三维云场景的模拟

为了模拟逼真且实时的三维云场景,把云团看成是受太阳光照射的粒子集,采用基于粒子系统的技术对三维云模型进行构建。通过比较云粒子、太阳和视点三者的关系,引入光照散射函数对云进行渲染。对现有的多重前向散射光照模型进行了简化和改进,使用纹理映射和O penGL函数进行加速。实现了三维天空背景的实时漫游。仿真结果表明,生成的三维云场景既有较好的真实感,又具有良好的实时性。     

基于OpenGL的山体模型算法及其可视化

根据一种常见的山体形态,利用OpenGL基本图元构造了一种可控、易扩展的山体模型算法.并结合Open-GL的颜色渲染、纹理映射和光照处理等真实感技术,实现了从单个山体到山体群的形态可视化,为模型的应用奠定了基础.试验结果表明,该模型简单易用,扩展性强,可用于实时渲染的CAD建模系统及其它三维场景建模系统中.     

水波涟漪的虚拟现实技术仿真

自然水波涟漪实时、逼真的仿真一直是计算机图形学中的难点,该文系统的提出了基于流体力学的水波涟漪的虚拟现实技术的仿真方法。首先建立无力影响下波源加入的水波模型,通过分析水波的扩散、衰减、衍射规律研究阻尼存在的现实状态下水波的波形变化和传输范围,对水波涟漪进行逼真的模拟;然后建立在外力干扰条件下,水波的模型,包含水波受阻干扰后波形幅度的变化及传播区域的大小,结合拉格朗日法与欧拉法,运用OpenGL平台,对多个波源叠加干涉后的融合运动进行仿真;最后利用基于特殊几何实例的算法进行渲染,动态生成视点替用特效技术和混色处理技术,实现真实感渲染绘制的三维图形实时绘制,从而实现水波涟漪的虚拟现实技术仿真。     

云计算技术在3D动画渲染中的应用

为了提高3D动画渲染的效率,在云计算技术和云渲染理论基础上,提出了云计算在云渲染平台中应用的关键技术,归纳了国内外云渲染平台及渲染工作流程,设计了几种云渲染平台系统架构图.与传统的动画渲染技术相比,云渲染技术极大地节省了3D动画渲染时间和降低了渲染成本.随着云计算技术的不断进步,云渲染将能克服自身技术上的缺陷,正朝着可靠性更高、渲染速度更快的方向发展.     

基于Perlin噪声的动态云仿真

用Perlin噪声建模、指数函数对其锐化、HLS颜色模型转换等生成静态云彩图像;然后用静态云彩方法来实现不重复运动云彩的生成算法,该算法可得到任意长度的云图;云彩平滑变形算法能连续平稳改变云彩结构,最后运用VC++和OpenGL开发工具及纹理映射方法将云彩置入虚拟环境中,能在PC机上产生了实时和逼真的动态云效果.     

一种面向高分辨率激光扫描点云的三维建筑物的风格化渲染方法

目前,三维激光扫描仪已经可以方便且快速地获取大范围建筑物的高分辨率三维点云数据。然而,尽管高分辨的建筑物点云数据可以精确且直观的描述真实的建筑物场景,但是由于点云具有离散化的特点,传统直接展示原始三维点云数据的方法缺乏良好的视觉效果。针对高分辨率激光扫描点云的渲染问题,本文提出了一种面向高分辨率激光扫描点云的三维建筑物的风格化渲染的方法。该方法首先提出远距离点采样方法,在简化点云数据的同时保留其三维结构化信息,然后引入基于神经网络的风格渲染方法高效渲染三维建筑物网格数据,最后提出了基于KDTree的网格数据与点云数据的融合方法生成渲染点云。实验表明,该框架可有效地将给定二维图像的风格转化为三维建筑物风格,在保证良好视觉效果的同时,保留了建筑物的精确三维几何信息。     

特定人的三维人脸模型生成与应用

计算机三维人脸对象的应用范围包括虚拟现实，辅助教学，远程会议，人机交互，游戏娱乐，电影制作等诸多方面，提出利用区域差值法的算法实现基于两幅人脸图像生成具有特定人特征的三维人脸模型，并在生成特定人三维人脸模型的基础上实现了基于MPEG－4的特定人的人脸动画功能，实验取得了良好的效果。     

Web 3D技术及其在产品仿真系统中的应用

虚拟现实系统分为沉浸式虚拟现实系统和非沉浸式虚拟现实系统，Web 3D是一种非沉浸式网络虚拟现实系统。Web 3D技术的主要实现原理和标准有VRML（Virtual Reality Modeling Language）、XML（eXtensible Markup Language）技术、JAVA技术、动画脚本语言、媒体技术。笔者对这些实现原理和标准进行了研究，并指出了其发展趋势。然后结合家具CAD（Computer Aided Design）系统，提出了一个基于Wed 3D的产品仿真系统。该系统首先读出CAD系统中的数据，然后将这些数据转换为Web 3D标准，最后将数据发布于Internet上，这一系统可以使企业在互联网上实时展示产品，开展电子商务活动。     

用于面部虚拟整形的三维人脸重建系统设计

为解决面部整形手术成功率低的问题,设计了用于面部虚拟整形的三维面部重建系统。该系统首先利用高精度深度相机采集人脸多角度深度图像,将每幅深度图像分别转换为对应点云模型并进行去噪预处理。接着,将正面点云和侧面点云进行粗匹配实现点云拼接,并提出一种改进的精配准算法进行精配准,得到目标人脸三维点云模型。对点云模型网格化处理后,提出一种基于半边结构的细分算法来提高重建模形精度,最后完成贴图即可构建人脸模型。为了验证所设计系统的重建精度,设计了对比实验。结果表明:系统重构人脸与其他重建系统相比,提高了人脸精度,且与真实人脸间差距小于2 mm,可以将其应用于面部虚拟整形,从而对专业医师提供术前指导,提高手术成功率。     

MCloudSim： modeling and simulating distributed clouds

Many distributed clouds which try to integrate the advantages of centralized clouds and distributed systems have been studied in recent years. Traditional cloud simulators focus on large scale data centers with virtualized servers, and cannot meet the needs of distributed cloud simulations. This paper introduces a generalized and extensible simulation framework, named MCloudSim, which is used for modeling and simulating distributed clouds. MCloudSim has the following characteristics： （ 1 ） the overlay protocol in MCloudSim can be freely replaced without affecting the function of other modules; （2） a Petri net workflow theory based task model is proposed to simulate distributed tasks; （3） a distributed cloud can be easily built by assembling and expanding the basic resource entities provided by MCloudSim. Finally, simulation results of scenarios with a 3-tier central-controlled distributed cloud and a P2P based cloud prove that MCloudSim has high efficiency and satisfies performance in supporting large scale experiments and different distributed clouds.     

基于DirectX构建虚拟战场环境研究

虚拟战场的构建是当前军事仿真领域中的一个非常前沿性的课题.随着计算机硬件性能的大幅度提高,使得在PC机上利用底层的图形函数接口构建虚拟战场环境也成为可能,从而可以大大降低成本.探讨了DirectX在三维地形模拟、海洋环境仿真、战场特殊效果、自然现象模拟、武器装备动画、人员动作模拟和战场三维真实感声音生成中的应用.比较全面地介绍了利用DirectX构建虚拟战场环境所涉及到的各种技术.     

基于DirectX构建虚拟战场环境研究

虚拟战场的构建是当前军事仿真领域中的一个非常前沿性的课题.随着计算机硬件性能的大幅度提高,使得在PC机上利用底层的图形函数接口构建虚拟战场环境也成为可能,从而可以大大降低成本.探讨了DirectX在三维地形模拟、海洋环境仿真、战场特殊效果、自然现象模拟、武器装备动画、人员动作模拟和战场三维真实感声音生成中的应用.比较全面地介绍了利用DirectX构建虚拟战场环境所涉及到的各种技术.     

智能生命随意性行为模型

将人工生命与人工智能相结合,并应用于计算机动画的研究.在用人工生命方法生成的计算机动画中,智能生命在虚拟环境中的行为有程序员事先设定好的预定义行为,同时也有随机出现的随意性行为.以人工鱼为例,建立了智能生命随意性行为的认知模型,并利用子集搜索等技术提高搜索效率.仿真结果表明,利用认知模型,智能生命可以较好地处理某些随机事件.