纹理球方法的烟雾模拟

烟雾是普遍存在的自然现象.影视、动画、图形技术日益深入发展,各个领域对于烟雾的真实模拟已不可或缺.模拟需求越来越多、要求也越来越高.传统粒子系统不能满足实际需要;数学物理方法计算复杂,影响其广泛应用;基于纹理的方法越来越受到重视.本文采用基于纹理球的快速模拟方法.分析了真实的烟雾特点、运动变化等因素;设计了关键的控制变量.算法具有灵活的处理方式和开放的可扩展性.最后给出了实际的模拟效果,基本能够达到实时性要求.     

导弹烟雾的快速模拟

在粒子系统方法的基础上,提出了基于纹理球的快速导弹烟雾模拟方法.讨论了算法的数据结构、各参数设置及其对模拟效果的影响,其中关键参数主要包括纹理球的数量、大小、位置、偏移量、旋转和纹理贴图等.给出了具体的模拟步骤和实际的模拟效果,模拟的速度、效果等比较理想.     

火焰的快速模拟

在粒子系统方法的基础上,比较了近年来的最新研究成果和实际应用方法,提出了基于纹理片的快速的火焰模拟方法.选用合适的纹理片,设置较小的透明度,以纹理叠加方式来演示燃烧的过程;给出了具体的模拟步骤,并且通过不同的设置来构造不同的燃烧场景.对比分析显示,纹理片方法在很多方面都具有一定的优势,也具有一定的扩展空间和应用前景.最后给出了实际的计算机模拟效果.     

基于物理模型的实时烟雾模拟

针对使用直接绘制法渲染烟雾时,在高网格分辨率下实时性差的问题,文中提出了一种新的基于纹理的烟雾渲染算法。该算法采用不可压缩的Navier-Stokes方程作为烟雾模拟的基本物理计算模型,从而保证烟雾物理运动的真实性,同时利用OpenGL中的纹理映射技术渲染烟雾,保证了烟雾渲染效果真实,烟雾模拟细节更能体现出来;另外文中还给出了在烟雾中添加障碍物时边界条件的计算方式。模拟实验结果表明,该算法既能满足烟雾模拟的实时性,又能真实有效地模拟烟雾流动情况。     

基于物理模型的实时烟雾模拟

针对使用直接绘制法渲染烟雾时,在高网格分辨率下实时性差的问题,文中提出了一种新的基于纹理的烟雾渲染算法。该算法采用不可压缩的Navier—Stokes方程作为烟雾模拟的基本物理计算模型,从而保证烟雾物理运动的真实性,同时利用OpenGL中的纹理映射技术渲染烟雾,保证了烟雾渲染效果真实,烟雾模拟细节更能体现出来;另外文中还给出了在烟雾中添加障碍物时边界条件的计算方式。模拟实验结果表明,该算法既能满足烟雾模拟的实时性,又能真实有效地模拟烟雾流动情况。     

基于粒子系统的爆炸烟雾模拟

粒子系统是3D技术中模拟烟雾的一种常用方法。本文针对爆炸烟雾的运动方式,通过控制烟雾粒子大小及其运动速度方向以模拟烟雾扩散膨胀,采用粒子法线旋转及粒子采样纹理时顶点旋转来模拟烟雾翻滚效果,通过Alpha混合技术及将粒子四边形转化为球面方法来实现烟雾粒子的绘制过程,使用较少粒子数模拟出较逼真的爆炸烟雾扩散效果。实验表明该方法具有较好的实时性。     

基于物理的烟雾动画设计与实现

在计算机图象学的算法研究中,烟雾、水流和火焰等流体的模拟是一个即困难又吸引人的问题.结合计算流体力学和计算机图形学,实现了烟雾的模拟动画.本文给出烟雾的物理模型方程,并采用N-S方程和半拉格朗日方法来求解烟雾的物理模型方程,从而得到烟雾的密度场数据.最后用体绘制方法实现了三维密度场转换成屏幕上的图像.     

基于粒子系统的火箭发射烟雾特效实现

该文通过分析火箭发射过程中烟雾的外观形态,给出了一种基于粒子系统,通过OpenGL编程实现的烟雾特效生成方法.并结合工程实际,在Vega Prime中实现了基于这种方法的火箭发射烟雾特效.     

烟雾模拟方法的研究综述

计算机图形学的烟雾模拟,主要采用三大类方法:粒子系统方法、数学物理方法和纹理技术方法;其中粒子系统方法属于比较早期的简单方法,数学物理方法大部分是基于或围绕N-S方程的。介绍了烟雾模拟的主要方法与应用等,对烟雾模拟的方法进行了细致的分类;有早期的烟雾模型,也讨论了近年来出现的一些最新发展。讨论了各种模拟方法的优缺点;指出了目前烟雾方法中存在的一些问题;关注了未来的研究工作需要重点加以关切的几个方面;介绍了今后需要进一步努力和完善的一些工作思路。     

基于物理模型的实时卡通烟雾模拟算法

提出一种流体力学模型结合粒子系统的卡通烟雾实时模拟算法。通过Navier-Stokes方程建立烟雾流体场的物理模型,以保证运动轨迹真实感。为粒子属性引入浓度函数和作用半径,从而只需少量粒子就可快速获得浓度场分布。为了实现卡通化效果,使用代表动画师个人风格的卡通图元在不同浓度区域进行纹理贴图。试验结果证明,该算法高效快速,能实时生成自然生动的卡通烟雾效果。     

基于动态网格细分的烟雾模拟

提出了一种基于动态网格细分的烟雾模拟方法,该方法主要采取图形设备上的动态网格管理对烟雾进行并行处理以达到泊松方程的迭代求解。为了实现高性能,利用高速缓存以提高存取权限和适应硬件的能力。实验结果表明,该方法能够实现比较快速的模拟,结果比较令人满意。     

一种基于法线贴图的爆炸烟雾模拟算法*

传统的基于流体动力学和光滑粒子动力学的烟雾绘制方法能模拟出逼真的爆炸烟雾,但性能太低使得其很难满足实时性要求;而一般的基于粒子系统的模拟算法主要针对一般烟雾,需要大量粒子数目且不能得到真实立体的爆炸烟雾效果。本文提出一种基于法线贴图的爆炸烟雾模拟算法,使用法线贴图模拟烟雾粒子的空间立体属性,对其进行随机光照计算,并根据时间衰减颜色;采用简单运动控制模型模拟爆炸烟雾的翻滚与扩散。实验表明,该算法使用很少粒子便能产生极高真实感的爆炸烟雾效果,并且具有很好的实时性。     

从传统到深度：视觉烟雾识别、检测与分割

在烟雾检测系统中,采用机器学习的视觉技术暂未广泛替代传感器的主要原因在于其误报与漏报较高。计算力度的提高、存储设备的发展,使得传统视觉技术中存在的问题逐渐得到改善或解决,但也迎来了新的挑战。为反映用于森林火灾预警的烟雾识别、检测等技术的最新研究进展,本文重点对2017—2019年国内外公开发表的相关文献进行梳理和分析。从监控角度出发,基于对此领域的长期研究与广泛文献调研,将利用烟雾的森林火灾预警任务分为烟雾识别、检测、分割这3类不同的粒度,分别介绍实现这些任务的传统方法及深度方法。依照当前研究热度,主要关注视频烟雾检测与分割这两个细粒度任务。其中烟雾区域的粗提取与二次提取方法是检测与分割的关键,因此将探索这些方法如何提取、利用烟雾的动态与静态特征。此外,由于深度学习框架主要实现端对端的任务,无法分离出关键步骤,故对基于深度学习的烟雾监控任务进行单独梳理,不关注单步细节,主要体现文献思路。最后,对实现烟雾识别、检测、分割任务具体方法中的优缺点、烟雾监控任务中常用的指标、研究常用的数据库进行总结,并对发展前景进行展望。为基于烟雾的森林火灾预警技术提供更多的发展方向。     

GMRES算法求解烟雾仿真N-S方程

烟雾在大规模战场仿真和复杂环境仿真中扮演着重要角色,因此研究烟雾仿真具有重大意义。提出用广义极小残差算法(GMRES)来求解烟雾仿真中的N-S方程。首先给出GMRES算法的计算原理;其次用GMRES算法对烟雾仿真N-S方程进行求解,并对求解结果进行收敛性分析,分析结果表明GMRES算法可以对烟雾仿真N-S方程进行求解,结果收敛;最后运用GMRES算法通过计算机技术对烟雾进行可视化仿真,仿真结果表明,采用GMRES求解算法的烟雾仿真效果比较真实,基本符合现实中的烟雾。     

风环境下烟雾的实时模拟

在复杂环境仿真中,烟雾的模拟具有重要的意义.提出一种基于流体力学方程的烟雾模拟方法,并实现了脉动风与烟雾的交互,使烟雾的形态和运动更加逼真自然.采用简化的Von Karman模型建立风场,并引入特征正交分解技术(POD)和快速傅立叶变换技术(FFT)简化其建立过程.利用非粘性不可压缩的N-S(Navier-Stokes)方程描述烟雾运动,并将风场的作用加入到N-S方程中,利用破开算子法和MacCormack法简化N-S方程的求解过程,减少计算量,并保证求解过程在大的时间步长上的稳定性.同时,引入了"漩涡限制",将数值求解过程中的插值耗散补充回流场,增强烟雾的真实性.实验证明,利用本文的方法能够实时高效的模拟出自然逼真三维烟雾效果.     

一种便携式导弹烟雾的实时仿真方法

根据便携式导弹视景仿真系统的特点,本文提出一种用于实时仿真其导弹烟雾的方法。在结合稳态流场(StableFluids)算法和粒子系统原理的基础上,通过加入各种随机控制因素,分别对近视点和远视点位置的烟雾进行仿真,从而取得实时性与逼真度均较好的仿真效果。     

基于码本模型和多特征的早期烟雾检测

提出一种基于码本模型和多特征的早期烟雾检测算法。首先,利用码本模型进行前景提取;然后,结合烟雾的颜色模型和形状特征模型检测前景中的疑似烟雾区域;最后,利用烟雾的动态特性,有效地降低误检率,提高算法的鲁棒性。通过ROC曲线对比,实验结果表明,该算法具有良好的烟雾检测能力。同时,能够满足实时性要求,具有较高的实用价值。     

基于粒子数生成函数的烟雾模拟*

在大规模虚拟战场仿真和复杂环境仿真中,烟雾作为其中的重要组成部分,其模拟具有重要的意义。针对烟雾模拟中难以达到真实性和实时性平衡的问题,引入层次细节技术,减少了模拟中所需要的粒子数目,在满足视觉效果的前提下提高了实时性。引入改进的物理模型与粒子系统相结合,增强烟雾的细节,生成真实感较强的烟雾。此外,还利用烟气抬升高度的阈值控制法来判断粒子的生命情况,使烟雾的模拟更加真实。实验证明,本系统利用有限的粒子数生成了满足视觉真实性和视景系统实时性要求的烟雾场景。