基于元胞自动机的地下水突出与漫延仿真方法

提出了基于元胞自动机模型的地下矿水灾发生时水灾在巷道网络系统中蔓延的可视化仿真方法。在该方法中，用元胞自动机模型描述地下矿巷道网络系统，用元胞来描述突水漫延能量单元，该单元用突水漫延速度和含水量等状态参数来描述。在仿真过程中，可以获得大量关于水灾蔓延、灾害动态、灾害严重程度的量化指标及其可行的调控方法。该方法将时间、空间和系统行为有机地结合起来，在形象、直观、真实的条件下完成水灾在巷道系统中蔓延的仿真。     

基于CA的离散粒子系统仿真和显示研究

综合考虑计算的效率,根据真实存在的离散粒子系统的特点,进行元胞自动机模型的建立和规则设计,并以一个三维螺旋空间为例进行仿真和分析。实例表明,该方法在三维复杂空间中运行,元胞自动机模型能定性地体现粒子之间的碰撞和摩擦现象。该方法可以用于动态显示三维离散粒子系统的演化过程,计算效率优于传统的离散单元法.     

基于Agent的森林火灾系统建模仿真

为研究森林火灾系统的整体发展态势及演化规律,引入面向模式的基于Agent的建模方法,进行了融合自然、社会微观作用机理的计算机仿真研究,以Agent元模型为软件实现基础建立起森林火灾系统模型,有机融合了林火蔓延的元胞自动机模式和协作扑救的网络协作模式.对森林火灾系统模型进行动态仿真实验,实验结果表明了有关模式对系统态势发展的影响,以及基于Agent的建模方法对森林火灾系统研究的有效性.     

基于元胞自动机的交通流计算机模拟

元胞自动机是把复杂系统量化为简单的个体,在元胞自动机模型中.空间、时间都被离散化,每一个相互作用的单元仅为有限的状态.以元胞自动机理论为基础,把车辆在路段上交通流中运动的变化规律表述为元胞自动机的演化规则,建立了基于元胞自动机理论的交通流模拟模型,标定了元胞长度和最大速度等参数,分析了元胞变换的原则;详细探讨了元胞自动机在道路交通模拟中的应用,设计出了交通元胞自动机的结构,分析了交通元胞自动机所采取的状态变换原则,建立了一维(单车道)交通流模拟模型;并利用C语言编程实现模拟.模拟结果符合实际交通流的特点.     

基于元胞自动机的林火蔓延三维模拟仿真研究

为了在虚拟三维环境中模拟出森林火灾的发展蔓延状态,利用三维引擎进行仿真研究。说明了三维元胞的定义、状态、邻域和转换规则函数;通过求得林火蔓延公式的参数在在8个邻域方向上的分量,得到林火蔓延公式在相应方向上的分量公式。利用Unity3D三维引擎建立野外三维地形,通过不断调整其自带粒子系统的参数,建立适用于不同条件的火焰库和烟雾库,输入气象因素后即可实现林火在三维环境下的模拟蔓延。将野外实地点烧数据与模拟效果进行对比,可以看出模拟的效果与实地点烧相近,模拟效果符合要求。     

基于CUDA粒子系统的烟花仿真

粒子系统的基本理论符合自然世界的客观规律,适用于烟花等复杂现象的仿真。针对粒子系统仿真存在的计算和内存资源消耗巨大等问题,建立了基于统一计算设备架构(CUDA)框架的粒子系统基本模型,讨论了模型中粒子的存储与运动更新,研究了基于CUDA的并行KD-TRIE邻近粒子搜索算法。运用建立的CUDA粒子系统,研究了烟花仿真的具体实现。仿真结果表明,系统能够较逼真地仿真烟花的上升与绽放过程,帧率高达每秒312帧,仿真的真实感和实时性得到增强。     

细观元胞自动机与三分子反应模拟

为了刻划多组分宏观系统中粒子间的复杂且随机的局部相互作用,作者打破现有元胞自动机的局限,借用粗粒化的思想,将多个状态变量引入随机元胞自动机,提出了称之为“细观元胞自动机”的一种扩展的元胞自动机概念模型,然后将该模型应用于Ｂｒｕｓｓｅｌａｔｏｒ的计算机模拟,制定了４组分系统中粒子的随机运动和反应碰撞等的演化规则,建立了三分子反应的二维地胞自动机模型,并在计算机上对该模型成功地进行了动态模拟。     

基于元胞自动机的洪泽湖洪水蔓延模型研究

分析了元胞自动机的基本原理和构成,利用元胞自动机原理建立了洪泽湖洪水蔓延模型。模型以栅格空间数据结构作为基础,采用二维元胞自动机模型,确定了元胞空间和元胞状态,建立了洪泽湖洪水蔓延的规则,并根据规则以9邻域方式进行元胞状态的更新。选择性地测试了洪水蔓延模型的计算结果,模型计算数据与实际数据的比较表明,二维元胞自动机模型能够更为简单、快速地模拟洪泽湖洪水的蔓延。     

软件可信性演化的移动元胞自动机模拟

演化是软件可信性的核心问题。为了研究在动态、开放、多变环境下,干扰对软件可信性的影响,在分析软件系统可信性传递过程的基础上,结合元胞自动机机理和耗散理论,构建基于用户视角的软件系统可信性演化的移动元胞自动机仿真模型,仿真研究了软件系统在受到干扰的情境下,软件可信性的变化过程。研究表明,软件系统在受到干扰的环境下,当运行状态发生变化时,其可信性评价值降低,在经历了多次干扰后,系统可信性评价值最终稳定,这为动态评价、预测软件系统可信性提供了一个新的模型与方法。     

基于物理动力学的烟雾建模与渲染

为了提高三维场景中烟雾模拟的真实性,以粒子系统为基础,对烟雾的运动模型与渲染方法进行了研究.为模拟烟雾扩散特性,提出预定义扩散范围的方法来近似控制烟雾的整体扩散区域,并通过线性增大粒子半径来模拟烟雾粒子的自身扩散.在烟雾运动过程中,基于动力学原理,建立了一种较准确的烟雾运动模型,并分析了烟雾粒子扩散过程中风对粒子的影响.在渲染时,为避免传统粒子系统渲染出的颜色过于平滑,利用图形处理器可编程特性,引入法线贴图计算粒子表面的散射光叠加到粒子本身颜色上,增加了烟雾的层次感和颗粒感.实验结果表明,该实现方法粒子运动更加真实,视觉效果更加逼真.     

火焰、烟、云等不规则物体的建模方法研究综述

对计算机图形学领域的火焰,烟、云等不规则物体建模及模拟方法的研究动态进行了综述性介绍,在介绍描述云的分形几何模,描述火焰的细胞自动模型,描述气体现象运动特征的扩散过程及粒子系统模型,纹理映射模型和光照模型的基础上,分析和总结了几个主要方法的特点及使用场合。     

虚拟飞行场景中事故特效的实时仿真

针对飞机的虚拟飞行仿真中,飞行事故仿真的真实感不强的问题,基于粒子系统, 结合动力学模型,实时渲染了爆炸、火焰、烟雾等飞行事故常见特效。使用四边形粒子代替传统 点粒子,结合纹理映射技术和融合技术,将真实感较强的纹理贴图与背景的帧缓存按照预设的融 合因子进行深度融合,提高了特效的真实感和实时性。通过粒子系统碰撞检测的方法,模拟烟雾 在飞机机舱内扩散,与舱壁发生碰撞的效果。搭建出模拟飞行的虚拟现实仿真系统,实现真实感 和沉浸感都很强的飞机爆炸、起火和冒烟等事故场景实时仿真。     

Simulation of forest fire fronts using cellular automata

In this work a new model for fire front spreading based on two-dimensional cellular automata is proposed. It is a more realistic modification of the model introduced by Karafyllidis and Thanailakis (see [Karafyllidis I, Thanailakis A. A model for predicting forest fire spreading using cellular automata. Ecol Model 1997;99:87–97]), which is based on the transfer of fractional burned area. Specifically, the model proposed in this work introduces a more accurate factor of propagation from a diagonal neighbor cell and includes, in a detailed form, the rate of fire spread. Moreover, the model is useful for both homogeneous and inhomogeneous environments. Some tests have been passed in order to determine the goodness of the method.     

A cellular automaton model of particle motions and its applications

A natural object such as a flame with smoke is featured in terms of ambiguous boundaries and complex motion. One way of modeling natural objects is by particle systems, which need a large amount of computation time to calculate interactions among the particles. This paper deseribes another way of modeling particle motions based on a cellular automaton. Cellular automata are massively parallel computation models that can simulate complex phenomena. In our model, particle motions are simulated in a cellular space with a Margolus neighborhood, which has good conservation properties and collision detectability. This paper shows several applications in two-dimensional cellular space.     

一种实现水波动画的新算法

近年来，自然景物的模拟一直是计算机图形学中最具挑战性的问题之一，关于山，水，云，烟，火焰等自然景物的模拟，在计算机游戏，影视，广告等各种领域中有着广泛的用途，作为自然景物模拟的重要内容，对流水，波浪的模拟正日益引起人们的关注，该文基于小振幅波理论和细胞自动机的模型，给出了一种实现水波动画的新算法，较之于以往的做法不同的是，作者既没有去特意构造具体的波形函数，也没有去求解复杂的Navier-Stokes方程，而是基于小振幅波理论和细胞自动机的模型，采用邻域传播的思想对水波进行动态的造型，在小振幅波理论中，水波的波形近似成正弦分布，根据这一规律，可以构造出不同邻域下水波演变的细胞自动机模型，文中还采用以POINT图元为基本粒子的粒子系统，对水花效果进行了实时的模拟，为了不波和浪花逼真地结合在一起，本文运用了色彩融和的技术来完成浪花的显示，实践证明用该算法模拟水波，效果比较真实，而且在普通的PC平台上即可满足一般动画的实时需求。     

基于改进FCM聚类算法的隧道火灾受困人员信息化定位方法

为了缓解火灾现场受困人员定位时间长以及定位精度低的问题,研究基于改进FCM聚类算法的隧道火灾受困人员信息化定位方法。采用改进FCM聚类算法分割隧道火灾图像,利用SIFI算法提取完成分割后隧道火灾图像的空间特征,利用Gabor小波方法获取隧道火灾图像空间特征内的面积边缘以及烟雾纹理,建立方向角分布模型以及烟雾变化能量模型...     

巷道热流蔓延及阻滞的分块耦合LBM仿真

为了掌握地下矿火灾发生后遇到易燃物蔓延、障碍物阻滞的规律,提出用分块耦合格子Boltzmann方法(LBM)进行巷道热流蔓延与阻滞的仿真方法.该方法使用分块耦合算法将巷道分为若干相对规则的块,并应用速度-温度双分布LBM对巷道热流蔓延及阻滞过程进行仿真.仿真时,在巷道随机设置多处易燃物,当热流流经巷道时采用热流蔓延模型使得易燃物在一定条件下被引燃,产生热流与原有热流共同传播;在巷道随机设置障碍物,采用热流阻滞模型分析热流遇到障碍物后其方向和温度变化状况.仿真结果表明,该仿真方法可得到关于热流流动速度、热流温度和压力的详细数据,获得关于巷道热流流态的直观信息,从而为制定有效的规避热流的方案提供依据.     

基于FDS和元胞自动机动态耦合的火灾疏散模型

为研究火灾场景下温度、烟气和CO浓度等灾害因子对疏散的影响,建立基于FDS和元胞自动机动态耦合的火灾疏散模型。将FDS的网格和元胞自动机的元胞一一对应,将由FDS运行得到的灾害数据通过Python等技术手段实时加载到元胞中,使灾害数据持续影响行人转移概率,从而实现灾害和疏散的动态耦合;以单层教学楼作为仿真场景进行模拟分析,对火源位置和热释放速率等因素进行讨论,得出这些因素对行人疏散进程的影响规律;将模型与传统软件和同类方案进行对比。研究表明,火灾导致的高温和烟气会影响行人对疏散路径和安全出口的选择;热释放速率越大,行人越早处于危险状态,同时处于危险状态的行人也越多;该模型相比传统疏散软件不仅能考虑火灾产生的致灾因子对行人疏散的动态影响,还能确定行人最早处于危险状态的位置和时间,并用可视化的方式表现出来。