基于气象学和传热学的城市建筑物红外成象模型

城市建筑物的红外特性仿真在国防军事上具有重大的意义。本文从气象学和传热学原理出发 ,对影响建筑物红外特性变化的各种因素做了详尽的分析。首先计算了在某一气象条件下建筑物各部分逐时的日辐射强度 ,再用一维传热有限差分等方法求解建筑物的顶层、墙壁、窗玻璃、水泥路、沥青路和土壤等不稳定传热而得到的随时间变化的外表面温度 ,最后绘制出不同时刻、不同俯视角度的建筑物的红外图形。与红外测温计实测比较 ,本模型的结果与之相当吻合。

基于个性化原型的人脸衰老图像合成

本文提出了一种新的个性化人脸衰老图像合成方法.基于已建立的黄种人脸图像数据库,提出了一种基于人脸外轮廓局部曲率标准差的个性化原型匹配算法,通过计算出表征人脸的脸型特征点的局部曲率标准差,在人脸图像数据库中匹配找出多幅图像,进行纹理增强的原型合成,再通过形状和颜色变换模型实现了人脸衰老图像的生成,能达到皱纹增加、眼袋生成、皮肤光泽减退、毛发变花白等具有真实感的衰老合成效果.实验表明本方法能方便逼真地合成不同种类的人脸在不同年龄段的衰老图像.

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 .

红外目标与背景的真实感合成

目标与地面背景的真实感红外图像合成是红外场景生成和实现其虚拟实时漫游的关键技术 .文中从传热学原理出发 ,综合考虑各种环境因素的影响 ,建立起地面目标 (如坦克 )的热传导模型 ,绘制出坦克在各种状态下的红外图像 .根据计算出的坦克和地面接触后达到热平衡时的温度场分布 ,绘制出真实感较强的坦克与背景的红外合成图像 .利用三维差分法计算并绘制出坦克离去后留下的“红外阴影”效果 ,即地面因原有目标强烈辐射而留下的高于周围区域的温度场分布 ,并绘制出坦克驶离后不同时刻地面背景灰度及彩色的红外图像 ,为倒推某时刻之前红外目标的存在提供了依据 .

沙尘暴场景的参数化建模与实时绘制

沙尘暴是一种灾难性的自然景象,对沙尘暴的量化建模与实时绘制,在环境保护、灾难救援、城市交通及影视特技制作等领域有重要的应用价值.为此,提出了一种基于气象学原理的沙尘暴景象参数化建模方法,特别地,分析了上升气流与温度场的关系,并提供了模拟沙尘暴起沙和升流的简化模型.只需输入气压、气温、沙尘密度、场景类型等不同参数即可模拟出特定条件下的沙尘暴景象.在对沙尘暴景象进行实时绘制时,采用基于半角切片的前向多散射的体绘制模型,大大减少了了整体散射模型的计算量.对沙漠和城市场景不同程度沙尘暴景象的实时模拟结果表明了文中方法的有效性;最后采用气象计算模型对所生成的沙尘暴景象的能见度进行了定量的评估分析.

交互三维形状过渡技术

给出了一个新的有相同亏格多面体之间的三维形状过渡算法．算法首先交互地将两个给定的多面体剖分为相同数目的多边形网格区域，同时建立起网格区域的匹配．然后，利用调和映射将每对对应区域进行参数化和重新采样，最终建立起每个给定多面体的特征多面体．利用特征多面体作为桥梁，通过复合３个连续的变换来实现两个给定多面体之间的形状过渡．实验结果表明，本算法稳定可靠，且能处理一般的情形．

大规模场景的消隐技术

计算机图形学的快速发展使处理大规模场景中的数据变得日益重要，文章主要讨论了近几年最新发展的消隐算法。

基于人眼视觉特性的单眼盲点效果模拟

针对目前单眼盲点模拟效果与人眼感知不符的缺陷,提出一种新的基于人眼视觉特性的单眼盲点视觉模拟算法.首先基于人眼盲点产生的生理机制和相关的实验数据确定出视图上盲点区域的位置及形状;然后根据人眼视觉对视图纹理与结构敏感度不同的特点,将含盲点区域的场景图像分解成纹理和结构2个子图:对于人眼敏感的纹理子图,提出一种结合马尔可夫随机场的基于块的图像修补算法对盲点区域进行填补;对结构子图则采用能量最优化方法进行迭代填补;将修复后的纹理和结构子图叠加,再采用非线性的Mip-map方法对场景图像进行凝视处理,最终得到单眼盲点场景效果的模拟图像.大量的用户调查测试结果表明,文中提出的填补算法效果更加符合人类的生理与心理感知特性.

He-Ne激光照射对金鱼受精卵及其幼鱼的生物学效应

用ＨｅＮｅ６２３．８ｎｍ激光照射金鱼精卵，并对其受精率、孵化率和孵化时间进行测量。结果表明，适宜剂量的激光照射对金鱼受精卵发育生长有显著的促进作用。跟踪观察发现，经激光照射而孵化出的金鱼有较大的变异效应。

基于图象的表面细节技术

主要讨论了几种基于图象的表面细节技术，这些技术可产生照片级的真实感绘制及惊人的视觉效果，并讨论它们在红外仿真成象中的应用。

由宽波段多光子作用产生的锂分子高位态受激辐射

本文报道了以６２０．０～６６５．０ｎｍ范围内任意波长激光作用下产生的锂分子高位态紫外扩散带受激辐射的实验结果，在锂分子－原子系统中，由激光双光子激发、并通过碰撞能量转移过程以及多光子电离复合过程使锂分子高位态获得布居，从而得到紫外区扩散受激辐射，该辐射来自较高的某个三重态向低排斥态ａ３Σ＋ｕ的跃迁的结果。文中对有关的辐射特性及激发机制进行了详细的分析和讨论。

GPU中的流体场景实时模拟算法

为了实时模拟真实的大规模流体场景,提出一种基于平滑粒子流体力学(SPH)进行流体场景模拟的算法.首先提出了新的精细程度函数作为非均匀采样的依据,以减少实际模拟时所需的粒子数,提高模拟的速度;然后引入一种三维空间网格划分算法和改进的并行基数排序算法,以加快模拟过程中对邻域粒子和边界的查找及其相互作用的计算;最后使用最新的NVIDIA(CUDA(架构,将SPH的全部模拟计算分配到GPU流处理器中,充分利用GPU的高并行性和可编程性,使得对SPH方法的流体计算和模拟达到实时.实验结果表明,采用文中算法能对流体场景的计算模拟达到实时,并实现比较真实的模拟效果.与已有的SPH流体CPU模拟方法相比,其加速比达到2个数量级以上,同时相比已有GPUSPH方法,能模拟出更为丰富的细节效果.

大规模城市场景的高效建模及其实时绘制

提出一种新的大规模城市场景高效建模及实时绘制方法.该方法综合建筑物的航拍图及地面图片来分层构造单体建筑物的几何模型与纹理,构建出该城市的建筑模型库;并通过城市的小区规划图生成小区模板库,可高效地实现大规模城市的风格式建模.采用单体建筑物的简化建模方法,将分页式的场景剔除技术引入城市场景的图形绘制流水线中,可实现雨、雪等不同气象条件下大规模复杂城市场景的实时绘制,整个场景的平均绘制速度达到20帧/s.

空间目标与环境红外特性理论建模及其场景生成

介绍了空间目标与深空环境红外特性物理建模的基本方法,建立了卫星和深空背景的红外辐射特性理论模型,在此基础上首次从物理现象的角度初步实现了空间目标及其深空环境的动态景象生成。研究结果对空间目标的探测具有一定的参考价值。

星空背景的建模与仿真

提出了一种基于星表数据的建模和仿真方法,模拟在任意观测时刻、任意观测地点观测到的星空背景。利用依巴谷星表,首先经过一系列时间转换,将所提供的在星表历元时刻的恒星位置数据转换到当前指定时刻的位置数据;然后经过一系列空间坐标转换,将恒星视位置坐标统一转换到观测点坐标,得到恒星在指定时刻相对于观测者的视位置;最后利用星空背景建模的结果,绘制出了在不同观测时刻和不同观测地点所观测到的星空背景。

基于径向基函数的图像修复技术

图像修复是指恢复图像中破损区域的颜色信息或者去除图像中的多余物体。本文提出了一种新的基于径向基函数的图像修复算法,由用户交互地指定需要修复的区域,算法自动地计算破损区域的轮廓并沿轮廓法向扩张,确定合适的径向基函数重构区域,将该区域内图像的颜色值看作规则采样点上的高度场,把二维图像修复问题转化为三维散乱点重建问题,利用径向基函数曲面重建的优势来修补破损的图像。实验表明,该算法能正确、稳定地处理各种破损区域。

基于物理的流体动画加速技术的研究进展

基于物理的流体动画技术一直是计算机图形学领域里最为活跃的研究方向之一,且其最近几年的发展非常迅猛.然而由于该技术需要求解复杂的非线性运动方程,而实时性又是计算机图形应用的一个重要需求,因此如何提升其计算效率始终是个挑战性问题.文中对目前基于物理的流体动画技术在加速技术方面的研究进展进行了详细地分析和总结,针对计算过程的每一个步骤分别进行了剖析,从流场元素的高效表达、紧凑的计算网格、高效计算方法、硬件并行处理等方面做了详细展开,并由此给出一些启示性思路,如混合表达的方法等,以实现实时的流体动画效果.

保特征的三维模型的三边滤波去噪算法

随着三维物体扫描仪的广泛应用,如何对扫描出来的模型进行有效、鲁棒、快速的操作已经成为当今计算机图形学中的一个热门话题.通过在扫描模型每个采样点处拟合一个二次型曲面,设计了一个鲁棒的滤波函数——三边滤波函数;应用该函数分别对模型表面上每个点的法线、曲率和位置进行滤波;通过对曲率的滤波结果进行优化,可有效地保持三维模型表面上的特征.该算法不要求已知模型中顶点之间的连接关系,并可应用于网格模型或点模型的光顺去噪处理.

人体运动建模的实时逆运动学算法

人体运动的虚拟仿真及建模是当今计算机图形学研究的一个热点,而逆向运动学方法则是求解人体运动的一项关键技术.为了实现人体运动建模,提出一种新颖的基于人体关节约束的实时逆向运动学算法.首先基于骨骼长度改进了传统的循环坐标下降(CCD)算法,使其生成的运动效果更加流畅自然;然后引入生物分子运动模拟中的SHAKE算法,使短距离运动建模效果更加高效、鲁棒.在此基础上,提出了模拟多个节点同时运动的解析算法,以获得在多个关节点共同作用下的人体运动仿真效果.同运动捕捉的实测数据相比,采用文中算法所得的结果与在视觉效果上非常接近,并通过实验证实了其应用价值.

航天器飞行场景的真实感生成

太空场景及航天器动态飞行场景的真实感生成是计算机图形学研究者面临的新课题 .该文提出了一种航天器飞行场景生成的新方法 .该方法首先基于天文学的依巴谷星表 ,采用了基于图像的建模绘制及层次细节简化等技术加速绘制 ,准确地构造并绘制出不同时刻、不同观察点的地球外星空背景随时间的动态变化 ;再根据天体物理学原理确定出航天器的飞行轨迹 ,由此合成产生了航天器的太空飞行场景 .然后根据量子光学及等离子体辐射原理对航天器再入大气层的过程进行了建模 ,确定出其再入轨迹、航天器尾焰和尾迹的颜色和几何形态 .最后逼真地绘制出航天器返回时穿越大气不同阶段所产生的特异尾迹形状和发光效果 .