多噪声体积云实时模拟研究

针对目前大规模场景云模拟较少的问题,提出一种使用多种噪声混合实时模拟体积云的方法.首先,为了解决单一噪声云建模效果不自然的问题,使用Simplex噪声与Worley噪声共同建模,同时引入Curl噪声以弥补体积云建模时边界过于规则的缺点,增强云的翻腾效果;其次,为提高光照效果真实性,使用Beer-Lambert定律求解光线传输中的透射率,同时使用HenyeyGreenstein相位函数近似模拟Mie散射,并且将环境光根据云分层求解,确保物理可靠性与实时性;最后,使用Raymarching进行渲染,在光线的每个步长上求解云的密度,并更新光线的能量,用于计算云的颜色和透明度.通过对实验结果的分析,本文所提方法可以有效地模拟体积云效果并保证系统实时性.

三维场景中体积云的研究与实现

云是一种常见的自然景物,三维场景中的体积云模拟是计算机图形学领域研究的难题。文中研究了体积云模拟的常用方法,其中物理模拟方法包括粒子系统、气泡建模和体素建模,经验模型方法包括纹理映射和噪音函数。在研究Perlin噪音函数的基础上,通过先构建噪音函数,然后平滑处理,最后进行插值处理这三个步骤,文中实现了基于四维Perlin噪音的体积云模拟算法。基于细胞自动机理论,文中实现了云动态生成和消失模拟。通过对这两种方法的对比和分析,说明了两种实现方式的优缺点及使用情况。

基于GPU的地球大气层和三维体积云仿真

分析地球大气层的实际参数及大气密度随海拔高度变化的关系,设计光线投射算法,在图形处理器中实现空气粒子的精确大气散射运算,通过建立3D查找表对计算过程进行加速,实现地球大气层的高效仿真和大气内部高密度三维体积云的实时渲染。实验结果表明,该方法真实感较强,渲染效率较高。

基于气象数据与多噪声融合的体积云模拟研究

为了在智能无人机集群仿真中构建逼真的仿真环境,需要考虑基于气象数据对云进行建模与渲染。而当前基于真实气象数据的云模拟大多采用物理建模方法,如求解NS方程和粒子系统方法,这些方法为繁重的微积分方程求解任务所累,存在因计算量大而无法在大规模场景下实现实时仿真的缺点。针对该问题,提出了一种使用气象数据生成纹理与多噪声融合的体积云建模方法,并将气象数据与高度相关函数相结合来定义云的形状和密度在高度上的变化,有效地将气象数据与非物理建模方法进行结合。渲染时采用光线步进算法从视线方向和朝向太阳两个方向累积云的密度,结合光的吸收和散射定律计算每个样本点的颜色与透明度,最终绘制成云。实验结果表明,模拟出的体积云与气象数据中的云层信息较为一致,效率高,且在形态和颜色上都接近真实的云。

不规则体体积计算三维激光点云切片法

体积参数是空间体对象形态分析的基本内容,难点是不规则体的体积计算。本文提出的点云"切片法",快捷准确地解决了由三维激光扫描空间体对象所得点云体的体积计算难题。该法先将三维激光扫描空间体对象所得点云按特定方向顺序进行等间距的切片处理,得到与点云体相对应的、离散的系列点云切片;再依切割次序逐一搜索点云切片外轮廓多边形,并计算多边形(即点云切片)的面积;最后,利用切片面积和相邻切片间距求解点云段块体积,并求和得到整体点云体(即所扫描空间体对象)的体积。算例计算结果与分析表明,基于切片的不规则体的三维激光扫描点云的体积计算方法正确、简洁、可靠、高效、可控,可以解决不规则体的体积计算问题。

体积电荷雷云的模拟和消散电流的试验研究

分析了消雷器产生的消散电流究竟能有多大这个关系到消雷器成败的关键问题，大气观测和理论计算能得到ｍＡ级电流；实验室的模拟试验在采用了具有体积电荷分布的雷云后，亦能获得稳定的ｍＡ级电流，这是一种双向离子电流。

基于RealSense仓库货物体积计算方法的研究

企业仓库中,查看可用空间量是调配货物过程中的重要环节,而对于固定的仓库,它的总容量是固定的,所以可以通过算出仓库中现有的货物量,然后两个相减即可得到剩余可用空间量。对于计算仓库货物的体积,首先使用RealSense深度相机获取货物场景的初始点云。由于获取的初始点云数据往往存在噪声,所以在进行货物体积计算时需要进行一些预处理。预处理过后得到了货物的点云,然后利用投影法和积分法对其进行计算测量。针对仓库货物堆的大小不一问题,提出了两种方案:第一种,对于小货物堆(体积小于2立方米的货物),使用相机从上往下拍,获取货物的顶面和地面,然后通过统计分析法、投影与积分的结合得到货物体积;第二种,对于大货物堆(体积大于等于2立方米的货物)不易获取货物的顶面,使用两个有一定距离的相机获取货物堆的两个侧面,然后对方案一的方法进行变形得到货物体积。实验结果表明:该方式测得的货物体积与实际的货物体积相差不超过3%,满足目前企业仓库的需求。

基于噪音的大规模云层绘制的研究与实现

在计算机图形学中,云的动态仿真一直是很重要的一部分,基于噪音对云建模的方法结合光线行进算法实现更加真实的实时渲染云。首先,使用一张2D噪音纹理纹理,用于生成形成的位置;其次,使用两张3D噪音纹理实现云的建模;最后,通过光线行进算法对建模好的云采样并绘制到屏幕中,同时在云的绘制中使用光照算法,以求更加真实。

不规则物体点云切片中的多轮廓分割算法

使用切片法进行不规则物体点云体积测量时,现有的多边形拆分再重组(PSR)算法难以正确拆分较近的轮廓,进而导致计算精度较低。针对这一问题,提出一种多轮廓分割算法——改进最近点搜索(INPS)算法。首先,通过局部点的单次使用原则分割多轮廓;其次,使用多边形内点判定(PIP)算法判断轮廓的包含关系,以确认轮廓面积的正负;最后,采用切片面积乘以厚度并累加的方式获取不规则物体点云的体积。实验结果表明,在两个公开点云数据集和一个化学电子密度等值面点云数据集上,所提算法都能实现高正确率的边界分割,具有一定的普适性;且该算法体积测量的平均相对误差为0.0436%,低于PSR算法的0.0627%,可见所提算法实现了高正确率的边界分割。

基于TOF相机的露天矿卡车装载体积测量实验研究

TOF相机作为新兴技术设备,在三维建模、体积计算等方面具有良好的应用前景。针对露天矿山多个环节都涉及到的矿用卡车装载计量的需求,为了更进一步提升矿用卡车装载计量评价效果,本研究利用TOF相机进行矿用卡车装载体积计量的方法。该方法首先采用TOF相机提取矿用卡车的点云,然后使用cloudcompare对点云进行降噪、分割等预处理,构建矿用卡车的点云表面模型,并对装载前后的点云模型进行配准,最后计算矿用卡车的装载体积,并且同时提供了2种矿用卡车装载体积计算的方法。实验室环境下对矿用卡车模型装载体积进行多次测试,同真实体积相比,平均误差小于5%。

基于FLACS的天然气泄漏扩散数值模拟研究

为研究天然气泄漏扩散达到稳定状态时的规律,基于某天然气储罐区,使用FLACS软件进行厂区CFD建模,然后设置不同风速、泄漏速率,对天然气泄漏扩散达到稳定状态后的浓度、速度分布规律及等效可燃气云体积Q9随时间的变化规律进行分析。结果表明:随着横向风速增大,浓度扩散最远距离变小,浓度云图向下风向倾斜的趋势越明显,速度矢量在U方向的分量分布在射流对称轴两侧方向不同,在V方向的分量分布与浓度分布类似,Q9最大值随横向风速增大变小,且波动幅度增大;随着泄漏速率增大,浓度扩散最远距离变大,速度矢量在U方向的分量分布面积增大,呈“蝴蝶”状,在V方向的分量分布距离变大,Q9最大值随泄漏速率增大而增大。

Parameterizations of different hydrometeor spectral relative dispersion in the convective clouds

Spectral relative dispersion of different hydrometeors is vital to accurately describe sedimentation.Here,the Weather Research and Forecasting model with spectral bin microphysics is used to simulate convective clouds in Shouxian of Anhui province in China to study the spectral relative dispersion of different hydrometeors.Firstly,regardless of clean or polluted conditions,the relative dispersion of ice crystal spectra and its volume-mean diameter are negatively correlated,while the relative dispersion of other hydrometeor spectra is positively related to their respective volume-mean diameter.The correlations for cloud droplets and raindrops are affected by the process of collision-coalescence;the correlations for ice crystals,graupel particles,and snow particles could be affected by the deposition,riming,and aggregation processes,respectively.Secondly,relative dispersion parameterizations are developed based on a comprehensive consideration of the relationships between the relative dispersion and volume-mean diameter under both polluted and clean conditions.Finally,the relative dispersion parameterizations are applied to terminal velocity parameterizations.The results show that for cloud droplets,ice crystals,graupel particles,and snow particles,assuming the shape parameter in the Gamma distribution is equal to 0 underestimates the shape parameter and overestimates the relative dispersion;and for raindrops,assuming the shape parameter is equal to 0 is close to the relative dispersion parameterizations.The most appropriate constant shape parameters are recommended for different hydrometeors.The relative dispersion parameterizations developed here shed new light for further optimizing the terminal velocity parameterizations in models.

如何估算一朵云的重量

通过对一朵云的观测,利用超声波测云仪估测云底高和厚度,估算其投影面积和体积;依据云底高和云厚查阅不同云类的含水量,估算其重量;实测降雨量。目的是通过实验观测不同云类的云高、云厚,估测云质量,观测其降水,研究不同云类对天气的影响。

燃气泄漏射流扩散模型及其应用

在合理假设的基础上,根据流体力学理论推导出燃气射流的速度分布、浓度分布公式,提出了燃气泄漏场所可爆气云体积的计算方法,对实际的管道泄漏案例进行了分析。