双层弹簧模型驱动的植物叶片运动模拟(英文)

提出了一种交互式的植物叶片运动(特别是卷曲和萎蔫)模拟方法。该方法用一个三维骨架结构表示叶片的边缘轮廓,并通过细分的方法生成叶片的网格曲面。在此基础上,构建了一个由层次化弹簧构成的双层质点-弹簧系统,该弹簧系统被用来控制叶片的运动,叶片的卷曲通过收缩上层弹簧来实现,而叶片的萎蔫或展开则通过释放弹簧来驱动。通过提供的交互式界面,用户能够交互地控制该弹簧系统的运动,从而生成各种叶片的运动动画。这种方法已被用来交互地模拟番茄叶片的卷曲过程和黄瓜叶片的萎蔫过程,模拟结果较好地重现了与真实情况相似的叶片运动过程。

一种基于半拉格朗日的液体实时仿真方法

近些年,在计算机图形学与虚拟现实技术领域中,自然现象的模拟得到了广泛的关注和研究.如何快速且逼真地模拟自然现象,是此类研究的目的.以液体表面作为研究对象,总结了关于液体模拟近年来的部分研究成果;针对三维液体的复杂流体状态,提出了一种基于半拉格朗日的液体实时仿真方法,并对仿真结果进行了表面构建.该方法首先将Navier-Stokes方程离散化,并通过求解构造的Poisson方程得到每一时间步长的数值解,进而精确驱动粒子运动以构建真实液体表面;之后,利用液体表面追踪及Marching Cubes表面重建,生成了真实的液体表面模型.实验结果表明,该仿真方法不但在运算过程中遵循经典的流体力学方程,从而保证了结果的真实性,并且运算速度快且能取得较好的视觉效果.在计算机游戏、电影制作以及医学等领域的仿真,均有广泛的应用前景.

融合生理因子的植物叶片表观建模

植物叶片具有复杂的内部结构、生理过程和光学特性,使得在计算机上准确模拟叶片的表观十分困难.为此提出一种基于生理因子的植物叶片表观材质模型.首先考虑单双子叶植物在结构上的差别,利用单N层板和双N层板抽象叶片内部结构;然后基于PROSEPCT模型推导得到叶片材质模型的漫反射和透射项,并采用CookTorrance模型作为高光反射项,形成BRDF+BTDF形式的参数化材质模型;最后采用一种叶色变化算法将模型扩展为时间-空间变化的叶片参数化材质模型.实验结果表明,该模型可以通过控制叶绿素、胡萝卜素和叶片结构参数等生理因子来实时地调整叶片的表观,实现空间变化、时间变化的叶片老化模拟,具有较好的真实感效果和绘制速度,能够满足实时交互的需要.

动态水面数据采集与重建方法

自然现象模拟是计算机图形学中的一个重要研究热点.如何快速、逼真地模拟自然现象是此类研究的主要目的.传统的解决思路大多采用基于物理的建模方法,而随着采集设备的快速发展,基于采集图像的重建方法得到了广泛关注与研究.以液体为研究对象,总结了近年来基于采集图像的重建方法的部分研究成果.针对动态水面,提出了一种动态水面数据采集与重建方法.首先,设计并搭建一套基于多相机的动态水面数据采集系统,采集得到多视图下不同水面运动现象的连续帧图像.其次,通过提取采集图像序列中每幅图像的亚像素级特征点,进行特征点匹配并建立特征点与物理空间中三维点的映射关系.然后,结合水介质的光学折射特性迭代求解水面上三维点阵的高度场和法向量.最终获得动态水面的重建结果.实验结果表明,该方法能够快速生成与采集水面可视效果相近的三维重建结果,可在计算机游戏、医学、科学研究可视化等领域具有应用前景.

基于DirectX构建虚拟战场环境研究

虚拟战场的构建是当前军事仿真领域中的一个非常前沿性的课题。随着计算机硬件性能的大幅度提高,使得在PC机上利用底层的图形函数接口构建虚拟战场环境也成为可能,从而可以大大降低成本。探讨了D irectX在三维地形模拟、海洋环境仿真、战场特殊效果、自然现象模拟、武器装备动画、人员动作模拟和战场三维真实感声音生成中的应用。比较全面地介绍了利用D irectX构建虚拟战场环境所涉及到的各种技术。

液体采集与建模技术综述

在计算机图形学与虚拟现实技术领域中,自然现象的模拟作为一个难点得到了广泛的关注和研究.液体是一种最为常见的自然现象,对此类现象的建模具有极大的应用价值.传统的液体建模方法是基于物理的建模方法,但计算量较大.随着相机等采集设备的发展,出现了基于采集数据的液体建模方法.回顾了近年来国内外在液体采集和建模仿真方面的发展情况和研究进展;分析并总结了针对不同研究对象所采用的建模方法;最后提出液体采集与建模技术研究中存在的挑战及未来发展趋势.

流体动画方法综述

介绍了二维流体和三维流体动画方法。流体动画制作分为两步:流体表面建模和流体绘制。二维流体建模主要采用参数建模方法,基于傅立叶变换原理,合成波动的二维流体表面。三维流体建模一般基于Navier-Stokes流体方程,利用流体内部的速度建立流体表面的方程。流体绘制主要采用光线跟踪方法。流体动画的挑战和发展方向在于:流体动画控制、实时绘制、细节表现。

基于OpenGVS的城区漫游系统的开发

应用OpenGVS开发了一个交互式城区漫游系统。重点介绍了利用三维观察进行实时场景编辑,通过特定线段的测量进行场景中物体之间的碰撞检测,借助于回调函数进行自定义自然现象的模拟,以及构造汽车或其他运动对象运动方程的数学模型等关键技术。

Physically based modeling and animation of tornado

Realistic modeling and rendering of dynamic tornado scene is recognized as a challenging task for researchers of computer graphics. In this paper a new physically based method for simulating and animating tornado scene is presented. We first propose a Two-Fluid model based on the physical theory of tornado, then we simulate the flow of tornado and its interaction with surrounding objects such as debris, etc. Taking the scattering and absorption of light by the participating media into account, the illumination effects of the tornado scene can be generated realistically. With the support of graphics hardware, various kinds of dynamic tornado scenes can be rendered at interactive rates.