虚拟现实的多感知信息合成理论和算法

文章来源:  |  发布时间:2009-12-16  |  【打印】 【关闭

  

图片1. 烟雾扩散的实时计算与绘制(复杂边界条件)

图片2. 可渗透性物体表面流体的实时模拟

图片3. 二相不互溶流体的混合仿真

图片4. 带有自由表面的二元流仿真

图片5. 真实感短毛的造型、实时绘制及交互操作

虚拟现实应用要求实时的动态场景,而复杂自然场景的动态仿真涉及基于物理的大量计算。该课题在这一方面取得了重要创新成果:针对流体、毛发等特殊效果,提出了基于GPU的实时物理计算方法。对于虚拟环境中动态流动的物体,如烟雾、流水等,基于物理很难实时地计算其真实的运动效果,因为这些现象的模拟通常需要耗时的计算。基于目前的GPU硬件并行可编程系统,我们提出了针对流体仿真的加速计算新技术。该技术首次设计实现了基于GPU硬件系统处理任意复杂边界条件问题(图片1);改进了基于物理的可渗透性物体表面流体的实时模拟(图片2);在不同特性的流体混合模拟中,设计了一个统一的框架以动态仿真流体之间的融解及分离过程(图片3、4);设计了新算法改善了混合流体的计算稳定性。这方面的工作得到了国际上广泛的引用,其研究成果多次在欧、亚重要国际会议上作特邀报告。

在短毛实时造型系统中,提出了短毛在实时交互、造型以及绘制等方面的一系列解决方法(图片5)。提出一种基于非均匀纹理层的毛发表示方法,充分利用了GPU的纹理处理能力,这里GPU同时还被用来生成短毛的自阴影效果,以增强其真实感绘制效果。提出了基于表面场的毛发控制策略,从而为用户提供了丰富的实时交互设计手段,如毛发的梳理、飘动等。