应用薄膜干涉模型进行蝴蝶彩色效果物理绘制

针对当前蝴蝶彩色效果绘制方法的真实感问题,提出一种应用薄膜干涉模型的真实感绘制方法.首先根据蝴蝶表面脊突结构构造多层薄膜模型;然后利用多层薄膜干涉原理模拟光在薄膜内部的多次反射、透射形成的混合散射特性,其中,菲涅尔公式被引入以解释反射或透射波的幅值变化,微表面散射因子被创造性地引入来模拟蝴蝶粗糙表面的各向异性特性;最后通过全波长光谱建模增强干涉效果,在此基础上还将该算法与光线追踪渲染框架相结合,构建了可应用于光线追踪器的波动双向散射分布函数干涉模型,以精确地模拟光的幅值和相位变动.实验结果表明,该模型能够有效地绘制出较为逼真的蝴蝶彩色效果.     

Phong明暗处理方法的探讨与改进

明暗处理是图形真实感处理的重要内容。物体明暗效果的模拟以光照模型为数学基础,通过不同算法模拟光照射在物体上的反射,透射等效果。文章以Phong局部光照模型为基础,分别用Gouraud方法和Phong方法实现了正方体单点光源光照模型,分析对比了两种方法的缺陷,在此基础上提出了P－G方法,成功模拟了多边形内部的高光并使光强度变化层次均匀。     

共轴球面成像模型的设计

共轴球面成像系统是光学仪器设备的核心系统,利用软件技术实现了对共轴球面成像系统的数字模型的设计.设计该模型的数学模型被详细介绍,并开发了该模型的核心模块程序.模型能很好地模拟光在共轴球面系统成像的规律,为共轴球面系统的应用设计提供成像效果的理想模拟.     

球面反射数字模型的设计

球面反射有着广泛的用途,但缺乏能演示其反射规律的仪器设备.利用Authorware软件建立了运行于计算机的球面反射的虚拟数字模型.该模型建立了友好的人机交互界面,能很好地模拟光在球面上反射的规律,可以为球面反射的应用设计提供仿真效果模拟.     

基于量子光学的红外成像光照模型

现有的大多数光照明模型都是基于可见光波段的，它们无法模拟物体在红外波段的成像。该文提出了一种新的基于量子光学的红外成像光照明模型，该模型在传统光照明模型的基础上加了一项物体本身的量子辐射项E(ε0,T,λ1,λ2）其中λ1，λ2为探测器的两端波长，ε0为物体表面的发射率，T为物体的绝对温度。该模型同时适用于红外波段和可见光波段成像。当接收波段在可见光域且场景中物体的表面温度较低时，该模型回归为传统的光照明模型。该模型还能模拟传统光照明模型所不能模拟的现象，如钢铁在熔化过程中显示出来的不同颜色。文中最后绘制了几个不同场景下真实感较强的可见光和红外图像。     

利用辐射度模拟虚拟枇杷果园冠层光分布

利用计算机定量化模拟植物形态结构和冠层内的光分布是评估植物光合作用潜力与潜在产量的重要方法。以枇杷为例,采用参数化单树建模工具ParaTree构建单株三维枇杷冠层模型,基于反距离加权插值法IDW建立地形表面模型;根据枇杷果园的树木分布情况,把单株木模型“种植”于地形表面,形成虚拟枇杷果园场景。整个三维场景以三角形面元为基本图元表达,利用辐射度算法模拟虚拟枇杷果园冠层内的光传输与光分布,计算到达每片三角形面元的光辐射强度,可模拟不同种植密度下枇杷果园冠层对光的利用率,为枇杷的种植设计提供参考。     

应用微表面模型进行衍射效果物理绘制

针对当前光子衍射效果绘制方法的真实感问题,提出应用微表面模型的衍射效果物理绘制方法.该方法融合了现有衍射绘制模型中的特点,并结合特定材质的可变菲涅尔系数来增强衍射效果;通过综合考虑微表面对光子的吸收、遮挡、再反射等交互场景,扩展了高度场微表面的适用范围;引入维格纳分布函数推迟衍射效果,以进一步增强微表面模型;利用蒙特卡罗采样理论求解波动方程积分式以降低计算复杂度,辅以几何光线追踪理论,求取微表面辐射度空间分布;最终以光的波动方程为基础,构建了可应用于光线追踪器的双向反射分布函数衍射光学模型.实验结果表明,该模型能够有效地模拟波的相位与幅值信息,可绘制出较为逼真的衍射效果.     

星敏感器杂光抑制分析

本文介绍了蒙特卡洛法应用于杂光分析的基本思想、数学模型以及表面热辐射概率模型，对某型号卫星星敏感器的杂光传递进行了模拟。在复杂的杂光环境下，建立杂光跟踪模型，获得了星敏感器杂光环境的定量杂光贡献，并对大衰减比遮光罩及光学系统内杂光传递进行了跟踪，给出了遮光罩的消杂光能力。     

一个基于波动光学的薄膜干涉光照模型

现有计算机图形学光照模型几乎都基于几何光学。这些模型无法模拟光的波动性引起的薄膜干涉现象。本文从波动光学的薄膜干涉理论和Ｆｒｅｓｎｅｌ反射折射公式出发，推导出了一个基于波动光学折薄膜干涉光光照模型Ｉ（λ）＝Ｉ（λ）＋Ｋｓｋｉ（λ）Ｉｓ（λ）＋ｋｔＩｔ（λ）。该模型成功地模拟了自然界中薄膜干涉的光照效果。其中薄膜干涉因子ｋｉ（λ）＝ｃｏｓ＾２「２πｎｈ（Ｖ．Ｎ）／λ」ｎ和ｈ分别是附着在物体表面薄膜的     

紫外热释电探测器的电学定标分析

在建立有效的紫外热释电探测器三维结构模型基础上,利用Ansys有限元软件的热分析功能,通过以不同的方式对模型施加模拟光辐射的热载荷和模拟电加热的热载荷,观察探测器热释电层的热传递过程并进行温度场分析。结果表明当以相同功率的光和电交替对探测器进行加热时,探测器将最终达到平衡;由于光和电加热的方式有所不同而会产生一定的误差。     

基于OpenGL的LED灯光仿真系统

主要介绍在OpenGL支持下的LED照明系统的实时仿真，照明实施人员可以通过计算机看到照明系统的光照效果，并探讨了光线追踪算法下预览动态光照效果的可能性。     

船舶集控室虚拟仿真系统的设计与实现

在分析现有虚拟现实技术与船舶集控室的基础上,采用3D-MAX 与XNA 分别实现了三维模型的建立与虚拟场景的漫游和交互,应用C#语言编写了集控室的二维模 拟软件,通过UDP 协议实现了三维虚拟场景与二维模拟软件之间的通讯。根据光照效果的 数学模型,采用高级着色语言(HLSL)开发了一种基于GPU 的着色器,降低了GPU 与CPU 之间的传输负荷,增强了虚拟场景真实感。     

基于线性变换球面分布的实时间接光泽反射

目的 在实时渲染领域中,立即辐射度算法是用于实时模拟间接光泽反射效果的算法之一。基于立即辐射度的GGX SLC(stochastic light culling)算法中使用符合真实物理定律的GGX BRDF(bidirectional reflectance distribution function)光照模型计算间接光泽反射,计算复杂度很高,并且其计算开销会随着虚拟点光源的数量呈明显的线性增长。为解决上述问题,提出一种更高效的实时间接光泽反射渲染算法。方法 基于数学方法中的线性变换球面分布,将计算复杂度很高的GGX BRDF球面分布近似为一种计算复杂度较低的球面分布,并基于该球面分布提出了在单点光源以及多点光源环境下的基于物理的快速光照模型。该光照模型相比GGX BRDF光照模型具有更低的计算开销。然后基于该光照模型,提出实时间接光泽反射渲染算法,计算虚拟点光源对着色点的辐射强度,结合多点光源光照模型对着色点着色,高效地渲染间接光泽反射效果。结果 实验结果表明,改进后的实时间接光泽反射算法能够以更高的渲染效率实现与GGX SLC算法相似的渲染效果,渲染效率提升了20%～40%,并且场...     

基于图像的三维光照效果的动态重现

传统图像纹理可以给虚拟物体增加丰富的细节,但由于纹理是在特定光照条件下获取的照片,当虚拟光照条件变化时,纹理细节缺少随之动态变化的真实感。凹凸纹理通过扰动法向量可以实现细节的基本阴影变化,但生成一张真实照片的凹凸纹理是困难的。文中介绍了BRDF和BTF的概念和理论,提出了一种基于图像的适用于漫反射物体表面细节动态重现的方法,可以使映射后的纹理在不同虚拟光照条件下呈现动态变化的效果。     

使用稀疏约束非负矩阵分解算法的跨年龄人脸识别

人脸识别技术中除光线、姿态、表情因素外,由于年龄变化而导致的人脸形状和纹理上的变化会极大程度地影响人脸识别系统性能.对此,提出了一种使用稀疏非负矩阵分解算法来实现人脸老化模拟,然后将此方法应用于具有年龄跨度的人脸识别上,通过模拟虚拟样本来增强识别效果.实验结果表明,年龄跨度对人脸识别的确有较大的影响;当系数矩阵保持稀疏时,非负矩阵分解算法具有更强的特征提取能力;经过老化模拟增加虚拟样本后,其纹理老化效果明显地提高了跨年龄段的人脸识别的性能.     

Photon streaming for interactive global illumination in dynamic scenes

While many methods exist for simulating diffuse light inter-reflections, relatively few of them are adapted to dynamic scenes. Despite approximations made on the formal rendering equation, managing dynamic environments at interactive or real-time frame rates still remains one of the most challenging problems. This paper presents a lighting simulation system based on photon streaming, performed continuously on the central processor unit. The power corresponding to each photon impact is accumulated onto predefined points, called virtual light accumulators (or VLA). VLA are used during the rendering phase as virtual light sources. We also introduce a priority management system that automatically adapts to brutal changes during lighting simulation (for instance due to visibility changes or fast object motion). Our system naturally benefits from multi-core architecture. The rendering process is performed in real time using a graphics processor unit, independently from the lighting simulation process. As shown in the results, our method provides high framerates for dynamic scenes, with moving viewpoint, objects and light sources.     

一种纹理映射新技术的应用研究

传统纹理映射所使用的照片是在特定光照条件下获取的,在虚拟环境中纹理缺少随虚拟光照条件动态变化的真实感。通过分析物体表面细节产生的机理,描述了BRDF和BTF的概念和理论方法,探讨了一种适用于漫反射物体表面细节动态重构的纹理映射新方法,这种方法通过多项式模型合成BTFs图像,可以使映射后的纹理在不同虚拟光照条件下呈现动态变化的效果。     

增强现实系统光照模型建立研究

增强现实系统真实环境整体光照模型的建立，是增强现实技术研究的重要部分。提出了一种新的方法，根据注册图像中标志物的明暗状况。利用计算机图形学的光照明模型计算方法进行逆推，可以较为方便地建立增强现实系统光照模型。算法简单易行，并且适应性较强。     

基于虚拟现实的室内仿真操作系统研究与应用

随着人们对于居住环境要求的提高、家居设计行业的需求加大,传统的设计图纸不能让用户直观地感受到装修效果,装修效果往往不能够让用户满意。基于虚拟现实技术对室内家居仿真操作系统进行研究,设计并制作了三维家居模型,研究并制作了虚拟角色骨骼动画。系统设计过程中充分集成网格建模、Biped骨骼关键帧技术、自动寻路检测算法、角色管理器调用、碰撞体检测技术、射线检测技术,并运用Oracle数据库和SQLite数据库对用户操作信息及模型信息进行存储。最终实现三维场景的实时漫游、背景音乐的切换、室内光影效果展示、模型的删减、模型贴图的动态更换、场景截图等功能。该系统实现了友好的模拟操作接口和人机交互界面,增加了用户的沉浸感,更大程度地满足了用户的需求。     

可视化照明分析的设计创新研究

在照明产品的设计中光学性能是非常重要的一个因素,当前照明产品的设计中主 要关注于外形、结构、材料和宜人性等因素,缺少在设计过程中充分考虑产品照明效果和光学 性能的有效办法。为此,提出一种基于DIALux 光学仿真分析的照明产品创新设计方法,通过 对产品的虚拟使用环境进行计算机仿真模拟,根据特定光源的配光参数和照明属性,进行照明 效果的仿真计算和分析,以确定最佳的光源位置与角度,从而构建一个可以指导照明产品设计 开发的产品原型。依据该原型,可以保证后续的设计创新方案在照明特性方面合理性。该设计 方法还可以用来对已有的设计方案和产品进行照明性验证分析,找出产品设计中的问题并提出 改进建议。