文档介绍：要摘虚拟现实计算机仿真技术要求输出具有高度真实感的场景图形。近年来虚拟现实与计算机仿真的结合推动了仿真结果三维可视化的进步,虚拟现实可视化技术为仿真结果展示提供了一个新途径。传统的管道系统设计通常采用二维图表展示结果,随着虚拟仿真应用要求的提高,管道流体的三维可视化技术用成为新的研究热点。本文首先对管道流体的虚拟现实研究现状进行了讨论,并介绍了粒子系统的发展及应用情况。从虚拟现实系统的一般模型推导出了管道流体虚拟可视化系统模型,通过分析管道流体可视化系统需求,设计出本系统的整体逻辑结构及软件体系结构。了详细说明。通过将流体的属性参数化,建立了一个参数化的流体粒子系统模型,并对粒子参数特性进行了详细的定义。运用面向对象技术完成了管道流体粒子系统设计,并编程实现了粒子系统类、粒子状态类和基本粒图形界面及功能模块。实现了主要的外部接口函数。由编程技术实现了粒子系统的图形算法,将绘图功能安装到了系统,并且给出了一个具体运行实例。系统运行结果,初步验证了提出的粒子系统在管道流体三维可视化方关键词:虚拟现实:流体可视化;粒子系统;模块扩展运用镅陨杓屏斯艿懒魈蹇墒踊低掣饔美⒍愿饔美子类。运用仿真技术实现了对管道流体可视化系统的设计,设计了案的可行性。山东大学硕Ц堵畚
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第滦髀流体虚拟可视化技术概述当前虚拟现实技术已经广泛应用于社会生活的各个领域,并首先在军一事航天等高科技领域以及娱乐漫游领域等方面获得成功应用。虚拟现实系统在工业领域也得到了长足发展。在机械工业领域,已经应用于产品的分析、设计与检测等【。而在虚拟现实应用系统中,对流体可视化的描述却显得不足,流体在对虚拟产品的分析、设计、检测过程中有着非常重要的作用,如对流体机械的性能检测,对内燃机燃烧状况的虚拟仿真,对管道流体流动状况的仿真等。在图形学领域,人们~直试图利用计算机再现周围的真实世界,然而现实世界虽然看上去简单,却极其复杂。对于一些自然现象,人们可以采用过程描述的方式来获得某种特定的效果,但是对于有些现象人们无法找到一个简单的模型来描述它,这个时候只有去追溯该现象本身的物理根源,只有借助其本身较为精确的物理描述才能真实再现其外在的视觉现象。随着计算机硬件的不断发展,计算能力不断增强,机能够完成的算法复杂度不断上升,,不管是电影特效,还是视频游戏,人们对于基于物理的计算机动画的需求也很强烈。这些因素使得基于物理的计算机动画成为目前一个研究热点,也成为一个当前和未来计算机图形学发展的一个重点方向。早期的流体模拟,由于计算能力有限,主要采用参数建模的方法。如文献】通过将波浪函数表示成一系列线性波型的组合,更进一步将各个波型简化为波形和相位的组合函数,从而合成浅水表面高度场,能处理波折射问题,并采用粒子系统来模拟当波浪破碎或者碰到障碍物的时候形成的浪花。为克服单纯高度场不能模拟水面折叠效果的问题,文献【炕模型,采用拉格朗日粒子来模拟波浪参数表面,通过海底深度和坡度来控制正弦函数波形。但在这两篇文献中,表示水的粒子或者网格只是在其初始位置附近运动,所以它们都无法表现真正的流动效果,也无法山东大学硕十学位论文
处理边界给水面带来的影响。又如基于统计的槟P汀梢院芎玫描述波幅较小的海平面。但是对于以上这些模型,人们觉得控制起来很困难,而且不能模拟一些复杂的、细节更为丰富的效果,于是很多研究者转向基于物理的方法。基于物理的方法主要分为两种:第一种方法是从研究流体所占据的空间中各个固定点处的运动着手,分析被运动流体所充满的空间中每一个固定点上的流体的速度、压强、密度等参数随时间的变化,以及研究由某一空间点转到另一空间点时这些参数的变化,该方法被称为欧拉法,是一种基于网格的方法;第二种方法是从分析流体各个微团的运动着手,即研究流体中某一指定微团的速度、压强、密度等描述流体运动的参数随时间的变化,以及研究由一个流体微团转到其它流体微团时参数的变化,以此来研究整个流体的运动,被称为拉格朗日法,是一种基子粒子的方法。目前,关于流体的仿真研究主要集中在烟雾‘、流体运动界面【獭俊波浪【俊⑵荨⒒鹧妗⒃撇实茸匀幌窒蠓矫妫哉庑┝魈宓哪D庥捎谄广泛的应用前景而吸引了众多图形学研究者的关注。逼真的自然现象自然能增加虚拟环境的真实感,但是对流体的仿真做到实时性和可视化却很难,而实时性又是虚拟现实环境所必须具备的。在显示方面,流体的外观形状极不规则,没有光滑的表面外形,形状复杂并且随意,还可能随时间,位置变化而发生变化,不具有明显的边界,因此不能用传统的方法进行绘制;在运动控制方面,流体的易流动性、随机变形性及边界与其他物体的碰撞控制也使得在计算机内无法用常规的运动控制方法进行控制。虚拟现实技术与工业应用