一种积雪场景的实时绘制方法

探讨了真实感积雪场景的实时绘制技术。基于四叉树的层次细节模型确定了积雪存储的有效点并使这些积雪有效点自适应地形变化。积雪收集因子的引入使得积雪过程的模拟更加符合地形的特点。在渲染中通过计算每个有效点的法向量增强光照效果,并采用混合方法模拟积雪逐步增多的过程,使积雪产生了厚度感。实验结果也进一步验证了该方法满足了真实感与实时性这两个方面的要求。     

雷达三维场景显示中的地球大气圈渲染方法

针对雷达三维场景显示系统需要用尽可能少的资源实现地球大气圈渲染的需求,提出了一种基于公告板技术实现模拟地球大气圈的渲染方法。该方法使用渐变色圆环模拟地球大气圈,并使用公告板调整渐变色圆环的位置,可以简单、高效地实现模拟大气圈的绘制。仿真结果表明,该方法渲染效率高,真实感强,可用于雷达三维场景显示。     

SPH真实感流体交互模拟的改进算法

针对目前流体仿真中存在的模拟效率低及模拟交互的真实感不足等问题,提出一种基于光滑粒子流体动力学的流体模拟改进算法。首先,采用光滑粒子流体动力学方法进行粒子系统建模,通过矫正压力及速度场保证流体求解方程的精确性和稳定性;然后通过简化流体计算模型,完成流体表面建模,提高流体表面渲染速度;最后使用硬件加速算法实现流体模拟的快速渲染,提高流体的真实感和交互的实时性。实验结果表明,该算法能够明显提升流体渲染的真实感,减小计算复杂性。大规模粒子实时模拟帧率达到20帧/s,实现了较为真实的交互应用。     

小麦S波段多层后向散射模型

针对麦穗出现后小麦生长期的微波散射特性,基于矢量辐射传输理论（VRT）,建立了小麦S波段多层后向散射模型。模型把小麦冠层划分为麦穗层、麦秆叶层和土壤层,并基于能量守恒的矢量辐射传输理论,对电磁波强度的反射、吸收和传输进行了分析,采用5项后向散射贡献构成冠层总后向散射。模型的解析首先采用先进积分方程模型（AIEM）对土壤粗糙面的后向散射进行模拟,然后利用消光矩阵和相矩阵分别计算散射能量的衰减和散射方向的变化,最后利用Mueller矩阵获得最终的解析解。该文选用2011年川西实验场测量的小麦S波段散射数据对构建的模型进行验证与分析,模型的模拟值与实测值吻合较好。研究结果表明麦穗出现后对小麦冠层后向散射影响较大,建模时有必要单独考虑麦穗的影响。     

大范围动态海浪实时渲染

为实现大范围动态海浪的实时渲染提出了一种高效方法.首先提出一种基于LOD技术的新型网格模型,采用Gerstner模型在GPU(图形处理单元)上实现了海浪的动态模拟和Choppy波的模拟,给出一种凹凸纹理贴图的方法对较远处的海浪渲染实现加速,并利用动画凹凸纹理改善海浪渲染效果;其次通过立方体纹理实现了对天空、太阳的反射效果,运用Phong光照模型实现了海浪的光照并实现了菲涅尔反射;最后采用动画纹理模拟了海浪中的泡沫,并实现了云在海面上投射的阴影等特殊效果.实验结果表明,该方法可以对90 km范围的海浪进行实时交互渲染,并已成功应用于某飞行模拟器中.     

高精度地震散射波数值模拟

随着地震勘探要求和技术的不断提高,散射波地震勘探方法逐渐引起人们的重视,尤其在具有广角性质的工程地震勘探中,基于非均匀介质理论的散射波理论具有广泛的应用前景。本文在讨论了现阶段几种散射波数值模拟方法的各种利弊后,设计了一种基于微扰论的FK域积分法,该方法求取总场后再通过FK域积分法求取散射场,在散射场的二次震源和空间能量衰减处理两方面做了改进,散射场的计算精度和效率均得到了提高。     

利用双尺度模型的海浪极化SAR成像模拟

海浪极化SAR成像模拟对海面散射的研究有重要的意义。该文根据海浪随机理论进行了粗糙海面建模,利用海面的双尺度模型构造了包含涌浪的随机粗糙海面;同时考虑了大、小尺度的海面的影响。基于该海面模型,利用Bragg散射模型和几何光学近似法模拟了不同风速情况下海浪的极化SAR图像,并对海浪参数及SAR参数对极化图像的影响做了分析,得出了一些有益于海浪信息提取的结论。     

基于GPU的水面模拟方法的研究与实现

介绍一种基于GPU的实时渲染方法,通过对水面的造型模拟实现高真实度的动态水面效果.主要通过网格制作以及顶点渲染方法,利用GPU的运算特性实现水面的动态渲染,并加入光照模型的设计使得渲染效果更加逼真.实验证明本文的水面渲染方法在小范围的水面模拟中具有较好的光影效果,在视觉上能产生较为真实的三维感觉,并且能够进行一定的干扰,产生水花视觉效果.     

基于粒子系统的3D动态火焰模拟

为了在虚拟场景中绘制复杂的火焰,解决模拟火焰时在实时性和逼真性方面所出现的问题,提出了一种基于粒子系统的火焰模拟方法。通过粒子系统的几何建模方法,实现火焰粒子的不断生成和消亡,得到在三维场景中具有动态感的火焰;通过引入Gyarmathy模型和控制粒子行为的Perlin噪声,实现模拟火焰的运动效果;通过对每个粒子进行纹理贴图及渲染处理,增加三维场景中物体的真实感。实验表明,重力和风力反映了火焰的消亡规律和运动情况,并实时模拟复杂火焰模型;纹理贴图增强了火焰的立体效果,实现了复杂火焰模型的逼真性。     

基于点散射地震－地质模型的地震散射波成像

地下地质条件比较复杂时,地震反射波成像效果不理想,致使常规反射地震勘探难以奏效。本文基于点散射地震 －地质模型,推导出 ２Ｄ散射波时距曲线方程,分析了地震散射波的运动学规律;在此基础上,提出了 ２Ｄ地震散射波成像的方法与技术;结合断层模型和一套实际地震资料处理,讨论了散射波地震成像的特点,并与传统反射波成像结果进行了比较,证明了该方法的有效性。     

三维水面模拟的研究与实现

简述了基于正弦波的水波模拟的算法,重点介绍了使用GPU编程对水波进行实时模拟和渲染的方法.该方法充分利用GPU提供的可编程特性及强大的计算能力,既能绘制具有真实感的水面,又能满足实时渲染的速度要求.     

基于非均匀调制模型的完全非平稳多点地震动特性分析与模拟

通过引入非均匀调制函数模型,实现了对地震动时频非平稳特性起重要作用的时变功率谱的模型化,结合模型参数识别方法,验证了利用所采用非均匀调制函数模型来表征地震动时频非平稳特性的有效性.同时,利用SMART1台阵记录,对非均匀调制函数参数的空间变化特性进行了分析,并探索了利用非均匀调制函数参数化模型实现完全非平稳多点地震动模拟的方法.算例分析表明,该方法不仅避免了传统演变谱法实现过程中对时变功率谱理论模型进行简化所带来的不足,而且可同时考虑空间地震动的相干效应、行波效应并与目标反应谱拟合较好,在实际工程中具有较强的推广应用价值.     

基于粒子系统的降雪过程模拟

对降雪现象的模拟,可以大大提高三维场景的真实感.粒子系统是实时模拟降雪效果的一种有效方法.本文基于粒子系统的基本原理建立了雪粒子系统模型,模型分析了雪粒子的属性、雪粒子的运动及雪粒子的绘制等,并提出了基于粒子系统和OpenGL的降雪实时模拟生成算法.实现结果表明,该方法可以实时绘制出比较真实的降雪现象.     

二维局部多层快速非均匀平面波算法

将一种新型的近似迭代技术——局部迭代融合到二维多层快速非均匀平面波算法,形成二维局部多层快速非均匀平面波算法,用于二维电磁散射问题的快速计算。多层快速非均匀平面波算法的计算复杂度等同于多层快速多极子方法,因此可用于电大尺寸问题的求解。由于其格林函数直接基于索末菲尔德积分,具有可以直接推广到分层媒质问题的优势。利用局部迭代技术可以进一步提高求解效率。数值结果验证了该方法的有效性。     

短脉冲激光在散射性介质中传输的时域有限元分析

从瞬态辐射传输方程出发,利用最小二乘变分原理,发展了基于离散坐标形式辐射传输方程的最小二乘有限元方法,并将其用于模拟短脉冲激光在二维散射性介质中的瞬态传输现象。首先简要介绍了求解瞬态辐射传输方程的最小二乘有限元公式,然后以脉冲激光在生物介质中的应用为背景,考察了脉冲激光入射二维非均匀散射性介质的情况,调查了不同位置处时域信号的演化规律,为短脉冲激光在生物医学领域中的应用研究提供了有价值的参考数据。结果表明：对于局部短脉冲入射条件下的非均匀散射性介质,早期的时域反射信号能够较多地反映出介质光学属性分布信息,而距离入射光源较远的测量位置,由于辐射信号经过了较长时间的衰减,所包含的介质光学属性分布信息较少。     

康普顿散射成像模型及神经网实现

提出了基于能量谱的康普顿散射成像模型,引入一种耦合梯度神经网络实现该模型下的康普顿散射成像,得到了成功的结果。     

基于投影网格算法的海面波浪模拟

针对海面波浪模拟中实时性与渲染效果无法同时兼顾的难题,提出了一种基于投影网格多细节层次的低采样频率算法。先用投影网格算法对海面建模,生成一个海平面网格,同时在近视点处降低采样频率,解决网格过密所造成的海面网格走样问题;再采用快速傅里叶变换计算海面高度场,为海面添加波浪;最后结合纹理动画技术和Normal Mapping算法添加海面纹理,并分三次对纹理进行采样,来增强海面的水纹细节,建立了具有高真实感的动态海面波浪模型。实验表明,该方法减少了计算量,具有实时性;还模拟了海面的细微扰动,提升了算法渲染的逼真度。     

STL格式实体真实感图形的显示工具开发

基于对OpenGL以及STL的研究，提出了使用几何形体模型数据实现真实感图形显示的总体思路，并给出了基于OpenGL的STL格式实体的真实感显示的具体方法及实现步骤，依此设计生成了一个相应的显示工具，其显示效果好，渲染速度快且操作简单、灵活。     

基于延迟着色技术的大场景反走样渲染架构设计

为解决飞行仿真领域其视景系统对逼真、复杂场景渲染质量要求高的问题,提出基于延迟着色技术的大场景反走样渲染架构以实现全球地景及场景特效的真实感渲染,达到飞行训练的效果。本渲染架构主要解决延迟着色技术与硬件反走样技术——覆盖采样反走样（CSAA）不兼容的问题,在延迟阶段生成带CSAA反走样的多渲染目标缓存（G-Buffer）,在着色阶段通过记录在特定通道中的透明度蒙版信息进行几何体边缘恢复以进行最终的光照计算;对不同绘制组件开启不同等级的反走样等级以达到效果与效率的平衡,并利用类层次细节（LOD）模型构建技术及标记重要边界信息进行后处理等加强反走样效果。采用本渲染架构开发的视景系统,从实际训练及实验所得到的数据与效果表现上决定不同负载组件最终的采样倍数,这样系统的实时性高（>60 fps）,能达到飞行模拟视景对渲染效率的要求,减少延迟与卡顿;同时该框架反走样效果好于亚像素还原反走样（SRAA）算法,从而视景系统能达到性能与画质的最佳组合。通过实际训练与飞行模拟专家鉴定,基于该框架系统的视景系统能达到飞行仿真训练的目的。     

非均匀光照图像的自适应阈值分割

针对非均匀光照图像产生的例如高光区域、阴影区域和不规则的边缘区域等问题,提出一种基于非均匀光照图像的自适应阈值分割方法,利用图像的局部区域阈值和动态微调值来实现目标与背景的分离。实验结果验证该方法能够快速有效地将前景和背景分割出来,并提取出有效的目标信息。