基于OpenGL的微观分子运动3D实时动画模拟系统的设计与实现方法

基于OpenGL的微观分子运动3D实时动画模拟系统的设计与实现方法

一、基于OpenGL的微观分子运动三维实时动画仿真系统设计和实现方法(论文文献综述)

教育部[1](2020)在《教育部关于印发普通高中课程方案和语文等学科课程标准(2017年版2020年修订)的通知》文中研究说明教材[2020]3号各省、自治区、直辖市教育厅(教委),新疆生产建设兵团教育局:为深入贯彻党的十九届四中全会精神和全国教育大会精神,落实立德树人根本任务,完善中小学课程体系,我部组织对普通高中课程方案和语文等学科课程标准(2017年版)进行了修订。普通高中课程方案以及思想政治、语文、

王松[2](2019)在《面向感知增强的流场可视化与沉浸式模拟技术研究》文中进行了进一步梳理流场可视化在帮助用户分析和理解复杂流场流动机理,洞察流场物理现象并发现流动科学规律方面发挥着重要的支撑作用。本文立足于流场可视化过程中的重难点问题进行深入探究,以增加用户对流场物理过程感知为研究目标,从可视化绘制算法、呈现环境和交互技术、布局方式等方面开展理论创新和技术突破,帮助拓展流场可视化中信息表达的多样性,为用户提供良好的流场可视化分析环境,提高对流场科学数据处理效率和可视分析能力。主要研究成果归纳如下:1.抽象领域专家分析理解流场物理现象的过程,提出了基于VCIH模型的感知增强类流场可视化分类策略,从视觉感知增强、流场过程增强、探索式交互增强以及硬件依赖性增强四个方面梳理目前主要的研究进展。2.为有效表征矢量场特征结构,提升流线的绘制质量与视觉效果,提出了基于几何特征的自适应撒点策略来提高流线绘制的视觉效果和属性表征的能力。为了获得高质量的流面绘制结果,提出了自适应三角化策略保持流面结构的完整性、平滑性以及凹凸性,有效展现清晰的流场模式和重要的流动特性,增加三维流场数据的可读性。3.为提高二维纹理绘制方法的图像质量和兼容性,结合颜色特征映射方法提出了基于分层聚类的ColorLIC绘制算法,借助全局采样和邻近聚类算法有效改善二维流场细节特征的视觉呈现效果。针对扩展到三维空间时纹理片元间存在的视线遮挡和混乱问题,提出基于GPU加速实现的稀疏噪声纹理生成的改进三维矢量场VolumeLIC绘制技术,满足实时显示的要求,有效提升生成三维纹理图像的结构清晰度和视觉表现力。4.结合沉浸式环境下的分析优势与交互特点,定义沉浸式交互方式的设计原则,提出了基于非接触式手势动作的沉浸式流场可视化交互技术,引入动作舒适度评估模型设计交互手势姿态,引入弹簧模型消除手势抖动,引入游标模型基于上下文手势动作判断手势状态,最后以HTC Vive+Leap Motion构建测试平台验证本文交互方法在交互体验度等方面的优势。5.针对单一可视化方法的呈现无法满足用户对复杂流动机理和物理现象的认知需求的问题,引入多视图协同交互模型实现对数据属性特征统计、临界状态分布和时空演化规律的多维度并行呈现。引入多维关联对比模型呈现不同参数环境下的视觉结果,实现对多维属性数据的全方位、多角度观察、对比与分析。设计实现大规模CFD流场可视化分析系统FVIS,通过多组测试案例结合专家意见验证布局方式在提高对复杂多变量流场数据及其潜在关联关系的分析效率和准确率方面的功能性和有效性。

黄唯[3](2017)在《基于GPU和粒子系统的动态云实时模拟》文中进行了进一步梳理近年来,3D游戏、虚拟视觉和动漫产业发展迅猛,各种场景模拟技术层出不穷。这其中,自然景物仿真因建模过程复杂,画面渲染难度大,一直是计算机图形学领域的研究热点。云是自然景观中最常见一种风景,关于云的仿真技术层出不穷。但是云层变化多端,色彩也千变万化,如何选择合适的模型对其进行建模以及提高绘制效率一直是云仿真技术的关键。本文主要从云的形成机理入手,基于粒子系统对云进行建模。在所有基于物理过程建模的计算机仿真中,当仿真规模扩大时,仿真的效率一直是难以解决的问题。针对这一问题,本文的系统建模和逻辑控制在CPU段,而将属性计算和画面渲染等耗时操作放在GPU中,利用GPU的并行计算能力加速绘制,达到了很好的效果。本文利用OpenGL技术和粒子系统思想,对天空中的积云进行了建模。本文将云当做不可压缩流体,使用Navier-Stokes方程描述其运动规律。为了在GPU中编写程序加速方程的各项求解,本文利用有限差分法中的交错网络将求解域离散化,用Jacobi迭代法逼近压力Poisson方程,有效地提高了系统的仿真效率。为了渲染画面的真实感,本文综合单次散射和多次散射光照模型用来模拟了云的光照效果,并使用Impostor技术对绘制进行了加速。最终,本文利用Visual Studio2013平台,基于粒子系统和GPU技术,实现了云的动态仿真。

宁继卫[4](2017)在《基于粒子系统的战场环境中三维特效的仿真实现》文中研究说明现代社会中军队的作战训练依然十分重要,因此,真实战场环境的模拟具有重大意义,过去的二维信息已经不能满足现在军队的需求,如今计算机图形学和虚拟现实技术正在飞速进步,这使得三维战场环境的模拟有望实现。在三维战场环境的模拟中,除了作战地形、作战人员、作战工具的模拟以外,爆炸、火焰、烟雾等特效的模拟也是十分重要的,这些特效可以加强人们对三维场景真实性和沉浸性的感知。然而,这些特效都是不规则物体,它们很难用一般的几何图形来模拟,因此,不规则物体的模拟一直是图形学中的一个热门研究课题。在过去几十年,各种模拟算法不断涌现,但迄今为止,粒子系统被认为是模拟不规则物体的最好算法,并且已经被广泛应用在很多领域,但在战场环境中的三维特效模拟方面的应用还不多见,模拟技术还很不成熟。本文的主要研究工作包括:1、本文基于粒子系统算法,通过对粒子系统理论基本原理的深入钻研,给出了描述粒子属性的一般公式,从粒子的“出生”、粒子的属性、粒子的实时变化、粒子的“死亡”4个过程一一论述了粒子系统的通用模型,从粒子系统的共用结构和基本算法两方面给出了粒子系统的建模方法。2、分析了 Open Scene Graphic (以下简称 OSG)、Open Graphics Library (以下简称OpenGL)图形库及其粒子系统的使用方法,为了便于管理,在实际实现方法上,本文将整个系统划分为四大模块,分别是:粒子系统模块、粒子模块、纹理贴图模块和受力场模块,一一说明了每个模块的功能,并一一给出了各个模块的数据构造方法。3、最终实现了爆炸、火焰、烟雾的模拟,给出了相应的模拟效果图,并将其应用到了战场的场景中;4、本文还提出了基于GPU的4K超多视点3D视频实时转化算法,并利用该算法在裸眼三维显示器上实现了整个战场场景的三维显示。该算法将三维场景表示为“视频+深度”的数据格式,利用视点图及其对应的深度图进行虚拟视点渲染合成3D视频,同时还加入了简单的人机交互动功能,实现了更具真实感和沉浸感的三维战场环境的模拟和立体显示;本文实验所用的计算机配置是:Inter(R) Core(TM) i7-4700MQ CPU @ 2.4GHz 16G; NVIDIA QuadroK3100M,采用的裸眼三维显示器的尺寸是50英寸,分辨率高达3840 * 2160,有28个视点。实验结果表明本文设计、实现的算法是有效、可行的,它们将在复杂物体的模拟与自由立体显示中有着广泛的应用。本文的研究工作也进一步优化了粒子系统算法,并扩大了粒子系统算法的应用范围。

李海杰[5](2013)在《基于OpenGL的矢量场可视化方法研究与应用》文中研究表明科学计算可视化是20世纪80年代发展起来的一门新学科,它运用计算机图形学和图像处理技术,将计算过程中及计算结果的数据转化为图形图像的形式在屏幕上显示并进行交互处理。在科学计算可视化的研究领域中,矢量场可视化是一个重要的研究方向,具有较大的研究价值和应用前景。在复杂的物理场研究中,如何将科学计算的数据转换为被人们视觉能够接受的图形图像信息一直是各学科研究的重点和热点。本文从这一角度展开研究,首先介绍了科学计算可视化的发展趋势、研究内容以及应用领域等相关内容。然后对科学计算可视化技术中使用的基本网格数据结构和数据预处理使用的插值算法:反距离加权法、克里金法、Bezier曲线拟合和等参元映射法作了分析,简要介绍了本文主要的实现技术:OPENGL。接着分别介绍了基于几何图形的矢量场可视化方法和基于纹理的矢量场可视化方法。在基于几何图形的矢量场可视化技术方面,实现了矢量数据的点图标、流线、迹线和流面绘制;在基于纹理的矢量场可视化技术方面,本文对基于纹理的LIC算法进行了改进和拓展,弥补了原始LIC算法的缺陷,调高了绘制速度,实现了彩色LIC算法、LIC纹理动画和Volume LIC算法。最后,本文从实际应用角度,介绍了可视化系统的设计和实现,以及各个模块的功能,并在‘’Alpha有限元分析系统”中得以应用。经过实际应用,本文开发的可视化系统的可视化结果准确,并能有满足有限元数据分析的后处理需求。本系统封装后,已经应用与本实验室自主研发的"Alpha有限元分析系统”,并取得了良好的实际应用效果。

程玮[6](2013)在《连续工艺过程核心环节3D建模与仿真研究》文中进行了进一步梳理随着计算机仿真的发展,三维仿真技术已经广泛地应用到工业领域中。本文就是按照国家粉体中心的要求,为含能材料的生产流水线中的连续混合过程建立三维仿真系统,从而能够真实再现加工过程,同时也为粉体中心的工作人员求出混合影响参数的最优值提供了一种工具。本文深入研究双锥式混合机的工作原理和OGRE渲染引擎,对物料进行受力分析,提出物料微观化的思想采用离散单元法,并在此基础上对传统的碰撞检测算法进行改进,运用OGRE图形渲染引擎对连续混合过程进行三维仿真。同时查阅资料并分析确定混合过程的影响参数,设计参数接口,通过分析试验数据,使得用户求出最优混合状态下的各个影响参数值。本文首先对双锥式混合机的特性原理等进行了介绍,分析确定了物料混合的影响参数,同时对物料进行受力分析,并推导出在外力作用下的运动规律。其次,概述了OGRE的基本概念和特点,从总体上把握OGRE系统结构,总结了动画渲染流程。结合混合过程实际情况,提出采用离散单元法和改进的碰撞检测算法对粒子碰撞进行分析。在此基础上搭建MFC单文档框架。构建OGRE场景并嵌入MFC框架中,加载在3ds Max中建好的模型并运用受力分析结果和改进的碰撞检测算法对连续混合过程的进行渲染。在渲染过程中可对碰撞点坐标等数据进行采集分析,观察输入不同影响参数对混合过程的影响,验证系统相关接口,为设备的研发提供帮助,同时对比改进算法和传统算法稳定性等,为进一步的连续混合三维仿真研究打下基础。

王合闯[7](2012)在《太阳风系统仿真与关键技术研究》文中进行了进一步梳理太阳风是从太阳日冕层经过加速射出,以200-800km/s运动的带电粒子流。快速变化的太阳风严重影响着地球的空间环境,如地磁暴、电离层暴等。这些现象严重干扰无线通信、地面相关设施等。在人类航天活动方面,太阳风对航天航空探索有着显着的影响。为了探索太阳风对空间环境的影响;对卫星、无线通信产生的干扰;对地面电力网、管道和其它大型结构的破坏,本课题通过对太阳风形成、运动、传输等方面的研究,建立太阳风数学物理模型,进行太阳风仿真模拟实验,发现太阳风的活动与运动规律。通过分析和探索太阳风对卫星通讯系统、地面相关设施等产生的各种影响因素,以期减少太阳风对地球和人类带来的灾难,建立相关的预警和监测系统。太阳风系统仿真是一个涉及大气物理学、地球探测与信息技术、天文学、仿真学、高性能计算、数据存储技术、计算机网络技术、高级程序设计等多个领域的交叉前沿课题。本课题首先研究太阳风、现代仿真技术、Enzo宇宙进化仿真等相关理论。其次,建立数学物理模型和仿真模型。第三,构建太阳风系统仿真体系。最后,探索与研究太阳风的活动与运动规律,建立相关的预警和监测系统。本课题建立了太阳风粒子系统模型,解决了太阳风粒子系统仿真驱动;构建太阳风系统仿真体系架构,分析研究了太阳风系统仿真关键技术;建立了太阳风粒子系统和地磁系统仿真器;首次提出了基于CPU+GPU异构计算分布式云仿真器设计理念;建立了仿真的任务调度模型;建立了太阳风和太阳高能粒子第三级的科学数据数据映射模型。太阳风粒子系统模型是太阳风系统仿真需要解决的关键技术之一,根据太阳风固有的属性,建立适用于本系统仿真太阳风粒子系统驱动方程数学物理模型,是需要研究的首要内容。通过研究太阳风的质子、带电、气态等特性,基于现有的研究成果,采用数学建模的方式,为太阳风粒子系统建立了基于引力场、电磁场、理想气体等理论的数学物理方程,驱动太阳粒子的机械、电磁和分子热运动,是本课题的研究内容之一。该模型能够有效地解决太阳风粒子系统仿真器的引擎驱动问题,仿真实验结果表明,该模型能够较好地满足数据精度要求。太阳风系统仿真需要借助计算机系统软、硬件来完成,构建太阳风系统仿真体系,是完成太阳风系统仿真需要解决的另一关键问题。太阳风系统仿真与工业控制的仿真有所不同,简单通过MATLAB/Simulink进行实现不太适合,其仿真与Enzo宇宙进化仿真有所类似。为了完成太阳风系统仿真的研发,通过研究现代计算机仿真技术及其所涉及的高性能计算、超大规模数据存储和仿真终端的异构计算等,首次提出并建立了太阳风仿真体系所需的仿真系统架构。系统架构所涉及的高性能计算采用了基于网络通讯的远程计算云,存储采用了基于网络链路的云存储等模型设计,为研发该系统提供了基础框架,其涉及的硬件异构现象,通过软件设计得到了有效的控制,其松耦合的设计理念为项目研发进度控制提供了异步开发策略,较好地解决了项目进度差异带来的项目开发时延,对其他类似项目的研发提供了项目级控制参考策略。在仿真器的设计中,为了减轻仿真器的压力和超大规模终端仿真的需求,采用分布式渲染技术,利用CPU+GPU异构计算技术,首次提出并研发了基于RIA的云仿真客户端,分别实现了太阳风粒子系统和大地电磁云客户端仿真器。该仿真器能够提供在单台计算机上完成多仿真器同时运行的实时仿真,也提供分离在各个节点独立仿真的运行模式,该方法具有一定的独创性,为基于CPU+GPU异构计算分布式云仿真器的设计提供了一定的参考。在太阳风系统仿真中,为了解决在业务量增长时,能够充分地利用计算系统资源,采用将系统任务进行分解的方法,有机地将任务分配到各个计算单元进行计算,因此研究太阳风系统仿真中的任务调度模型是本课题的内容之一。在研究异构环境下太阳风仿真任务调度NP问题研究中,利用仿真任务可分解的特性,在现有成果和理论上通过修正和更新任务动态分解调度模型,解决了高性能计算仿真中任务的调度问题。通过对任务调度模型优化和将子任务分解为2层m叉树,引入复杂度计算能力比,较好地解决了仿真中负载平衡和资源优化问题,为子任务可分解异构环境任务调度问题的研究提供了参考。为了能够快速获得第三级太阳风粒子可分析处理的结构化数据,采用将数据映射到内存和语言集成查询技术,以解决数据的完整映射和快速访问。首次提出并设计数据映射模型,将采用PDS数据标签的数据产品分别映射到模型的值域和属性域,解决本地或网络数据内存映射问题。采用双倍缓冲和贝塞尔插值技术对数据能谱进行了实时绘制。结果表明该模型具有高效性、完备性和高吻合度。该模型能够较好地解决异构数据快速结构化数据访问时数据源动力不足问题,为处理和分析太阳高能粒子的频谱、成份和通量及随时间、空间变化的分布特征等提供了基础。

郭培[8](2012)在《某模拟训练设备主控系统研究与设计》文中研究指明仿真模拟训练不仅需要模拟实装设备硬件、模拟设备操作逻辑,对于多模拟设备协同操作的模拟训练,更需要一个掌控模拟训练全局的主控系统。本文针对某协同作战的武器模拟训练系统,设计开发了满足训练需求的主控系统。本文研究了某武器模拟训练主控系统的三大子系统,分别是空情仿真子系统、虚拟三维战场子系统、教学与评估子系统。空情仿真子系统通过航迹拟合插值算法提供模拟训练过程所需的实时目标源数据。虚拟三维战场实现模拟训练中“沉浸感”最强的虚拟现实战场态势。教学与评估子系统通过创建操作序列知识库,实现同时对所有模拟设备的操作进行教学指导和考核评分。针对空情仿真子系统,空间航迹拟合设计了全向量计算的算法,提高了圆弧运动插值计算的效率。针对虚拟三维战场,设计了Ogre图形引擎和Fmod音效引擎联合开发技术,提高了纯OpenGL渲染的效率和场景管理能力。针对教学与评分子系统,提出了基于序列匹配的自动评分算法,实现了科学合理的自动综合评分。

吕智涵[9](2011)在《基于网络虚拟现实引擎的宏观与微观空间三维可视化技术研究与应用》文中研究说明空间三维可视化是虚拟现实(VR)技术和空间研究相结合的新发展之一,是实现宏观空间与微观空间的三维表达的必要手段之一。论文研究了网络环境下虚拟现实技术的相关理论及其在各种环境下的解决方案,探讨了虚拟现实技术在以“数字地球”为代表的宏观空间与以“蛋白质与材料大分子的三维结构”为代表的的微观空间中的应用,设计了基于网络虚拟现实引擎WebVR的空间三维可视化系统的构架。主要研究内容总结如下:1.介绍了网络虚拟现实与可视化技术的基础概念和发展历程,研究现状与WebVR引擎的发展背景,核心技术,应用研究以及功能和特色。介绍了WebVR技术已经在空间科学中的应用,以及其表达空间可视化的优势。结合当今硬件的发展以及新型软件对系统性能的需求,介绍了最新的可视化技术和传统的优化手段。在此基础上,研究并实现了新技术背景下WebVR引擎的关键技术。2.以“数字地球”为代表的地学大空间为例,研究了WebVR引擎在宏观空间的三维可视化中的应用。研究了多维数据融合的手段和构建三维地球模型的方法,研究了支持多用户同时在线的虚拟现实引擎WebVR,它将地理空间、虚拟空间与P2P覆盖网络映射,以业务化的四叉树方法对这三个空间划分。以Hash值标识为区域的地理编码,并以Hash值索引用户列表、地形数据、模型对象数据。通过改进的Kadmelia模型实现数据的分享。以多维互联网地理信息系统(WebGIS)为核心框架,以互联网虚拟现实(WebVR)技术为表现手段。3.以“动态蛋白质大分子结构”为例,研究了WebVR引擎在微观空间的三维可视化中的应用。研究了在计算机科学和可视化领域,帮助生物学家可视化,理解和操作大型和复杂的分子系统的进展。描述了不同分子表达的实现和计算,例如甘草,球棒,空间填充的范德华球与采用GPU处理表面的溶剂。介绍一个叫做Hyperball的改进的球棒表达,通过双曲面取代了使用管道,以顺利连接原子球。通过实例证明,这种方法对于表达动态现象尤其有用,例如非共价键的演变。此外它非常适合表达粗粒度模型以及弹簧网络。利用GPU渲染加速能力,这种方法可能常规的,准确的和交互的渲染从几个原子到高达50多万个原子组成的庞大分子。4.对WebVR引擎在宏观空间和微观空间可视化中应用进行了比较与借鉴。对于一些共同的优化手段进行了介绍。介绍GPU加速的原理,优势,和在宏观空间与微观空间中渲染带来的改进;介绍了基于P2P的数据分享与调度策略以及数据的流式传输方法;介绍了面向网络环境的空间索引方法,以及其在宏观空间和微观空间中的具体应用。综合这些优化手段,对宏观空间与微观空间可视化方法进行了综述。5.对WebVR技术在宏观空间和微观空间的可视化的应用方法和应用实例进行了分析。分别面向宏观空间与微观空间实现了《基于P2P的WebVR大场景导航系统》和《而向网络环境的三维分子动态可视化平台》两个平台,并且分别对他们的性能进行了测试。同时尝试性的给出一个以现实空间的可视化技术表达抽象空间的例子。

王钦梅[10](2011)在《城市道路指路标志的微观仿真研究与实现》文中提出随着经济的快速发展,我国机动车数量持续增加,城市道路交通拥堵问题日益严重。通过对城市交通进行科学的诱导,提高整个路网通行能力,均衡全局路网交通流,是在既有路网设施情况下缓解交通拥堵的有效方法。指路标志作为一种静态诱导方式,具有可以为交通参与者提供全天候全方位的诱导信息,成本低廉等优点。指路标志评价体系是标志设计的重要环节。微观交通仿真是道路指路标志评估新的有效方法。本文对指路标志的微观仿真进行研究,论文的主要工作如下:1、研究并分析了城市道路指路标志的微观仿真功能需求,提出了指路标志微观仿真系统的总体框架。并对指路标志的数据结构进行了研究和设计。2、构建了指路标志微观仿真系统中的指路标志布局方案生成模型和行人问路模型。标志布局方案生成模型在仿真过程中进行指路标志的地图定位,以及指路信息的扫描和匹配;行人问路模型提供驾驶员路径选择的辅助诱导信息。3、以指路标志的指路信息为主要诱导信息,对驾驶员路径选择行为进行研究,提出了基于指路标志信息诱导的驾驶员路径选择算法。4、实现指路标志微观仿真系统,以浙江义乌城市路网的指路标志布局方案为例,给出了仿真评价过程和结果。

二、基于OpenGL的微观分子运动三维实时动画仿真系统设计和实现方法(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、基于OpenGL的微观分子运动三维实时动画仿真系统设计和实现方法(论文提纲范文)

(2)面向感知增强的流场可视化与沉浸式模拟技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 应用领域
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 视觉感知增强类流场可视化
        1.3.2 流场物理过程增强类流场可视化
        1.3.3 探索式交互增强类流场可视化
        1.3.4 硬件依赖性增强类流场可视化
    1.4 研究目标
    1.5 主要工作
    1.6 论文组织结构
第二章 流场可视化技术基础
    2.1 流场数据表示
    2.2 流场可视化绘制方法
        2.2.1 直接体可视化
        2.2.2 纹理可视化
        2.2.3 矢量线可视化
    2.3 沉浸式分析
    2.4 本章小结
第三章 面向视觉感知增强的三维流线及其衍生绘制技术研究
    3.1 基于自适应撒点策略的流线绘制技术
        3.1.1 流线种子点放置的基本原则
        3.1.2 基于控制线的种子点位置初始化
        3.1.3 基于几何特征的自适应撒点策略
        3.1.4 实验结果与分析
    3.2 基于空间几何结构特征的流面绘制技术
        3.2.1 流面绘制标准
        3.2.2 基于空间几何结构特征的自适应三角化策略
        3.2.3 实验结果与分析
    3.3 本章小结
第四章 面向视觉感知增强的二维/三维纹理绘制技术研究
    4.1 面向二维流场的聚类ColorLIC绘制技术
        4.1.1 ColorLIC绘制算法
        4.1.2 基于分层聚类的颜色映射优化
        4.1.3 实验结果与分析
    4.2 基于稀疏噪声的VolumeLIC绘制技术
        4.2.1 基于GPU的3D LIC优化算法
        4.2.2 基于光线投射算法的纹理体绘制
        4.2.3 交互控制技术
        4.2.4 实验结果与分析
    4.3 本章小结
第五章 基于直觉反馈增强的沉浸式交互技术研究
    5.1 沉浸式交互方式设计原则
    5.2 基于非接触式手势动作的沉浸式流场可视化交互范例研究
        5.2.1 基于动作舒适度模型的手势姿态设计
        5.2.2 基于弹簧模型的手势姿态优化
        5.2.3 基于游标模型的手势状态判定
        5.2.4 实验结果与分析
    5.3 本章小结
第六章 基于认知效率的可视化布局方式研究
    6.1 基于多视图协同交互模型的可视化布局设计
    6.2 基于多维关联对比模型的可视化布局设计
    6.3 实验结果与分析
        6.3.1 系统总体功能设计
        6.3.2 系统详细设计
        6.3.3 系统测试与分析
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 本文主要研究工作
    7.2 本文主要创新点
    7.3 后续工作及展望
致谢
参考文献
附录A 博士研究生期间发表的学术论文
附录B 博士研究生期间主持和参与的科研项目
附录C 博士研究生期间的其他研究成果

(3)基于GPU和粒子系统的动态云实时模拟(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 基于物理过程的云模拟技术
        1.2.2 基于启发式方法的云模拟技术
        1.2.3 基于粒子系统的建模技术
    1.3 研究目的和主要研究内容
    1.4 论文组织结构
第二章 相关技术
    2.1 粒子系统
        2.1.1 粒子系统基本理论
        2.1.2 粒子系统的形式描述
        2.1.3 粒子系统的基本模型
    2.2 OpenGL技术
        2.2.1 OpenGL简介
        2.2.2 OpenGL渲染管线
        2.2.3 OpenGL中的光照
    2.3 GPU技术
        2.3.1 GPU计算概述
        2.3.2 基于可编程GPU的图形流水线
        2.3.3 缓存扩展技术
        2.3.4 通用并行计算平台
    2.4 本章小结
第三章 云模拟的基本原理
    3.1 云的形成过程
    3.2 云的运动方程
        3.2.1 流体运动方程
        3.2.2 理想气体和位温
        3.2.3 浮力
        3.2.4 气体垂直递减率
        3.2.5 饱和与相对湿度
        3.2.6 水连续性方程
        3.2.7 热力学方程
    3.3 云的光照模型
        3.3.1 相位函数
        3.3.2 单次散射光照模型
        3.3.3 多次散射光照模型
    3.4 本章小结
第四章 云运动模型的求解
    4.1 基于物理的流体动画描述方法
        4.1.1 流体描述的三种方法:
        4.1.2 三种描述方法的比较
    4.2 N-S方程
        4.2.1 数学基础
        4.2.2 N-S方程的推导
        4.2.3 不可压条件
    4.3 N-S方程求解
        4.3.1 将流体区域离散化
        4.3.2 N-S方程的求解过程
    4.4 N-S方程中各项求解与实现
        4.4.1 平流项
        4.4.2 粘性扩散项和压力项
        4.4.3 Jacobi迭代程序
        4.4.4 初始条件和边界条件
    4.5 本章小结
第五章 基于GPU和粒子系统的云模拟
    5.1 云模拟系统架构
    5.2 云粒子设计
    5.3 云运动模型求解实现
        5.3.1 粒子的更新算法
        5.3.2 粒子属性的表达与存储
        5.3.3 CPU与GPU的数据传输
        5.3.4 粒子属性数据的更新
        5.3.5 纹理数据到顶点数据的转换
        5.3.6 平铺三维纹理
    5.4 云的光照模型实现
    5.5 云的渲染
        5.5.1 Impostor绘制技术
        5.5.2 Impostor纹理与粒子云的绘制
    5.6 仿真结果
        5.6.1 云模拟的开发环境
        5.6.2 系统性能
        5.6.3 系统仿真效果及分析
        5.6.4 效果对比
    5.7 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 未来工作的展望
致谢
参考文献

(4)基于粒子系统的战场环境中三维特效的仿真实现(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状和发展趋势
    1.3 本文主要研究内容及结构安排
第二章 实现三维特效仿真的相关算法与理论基础
    2.1 粒子系统算法
        2.1.1 粒子系统算法的基本原理
        2.1.2 用粒子系统模拟景物的通用步骤
        2.1.3 粒子系统实时性提高方法
    2.2 OpenGL图形库
        2.2.1 OpenGL的工作方式
        2.2.2 OpenGL的渲染流水线
    2.3 开源三维引擎—OSG (Open Scene Graphic)
        2.3.1 OSG中的粒子系统
        2.3.2 OSG中粒子系统使用方法
    2.4 本章小结
第三章 战场环境中粒子特效系统的设计与实现
    3.1 粒子系统基本模型的设计
    3.2 粒子系统建模
    3.3 粒子特效系统的最终实现
        3.3.1 软件平台
        3.3.2 系统各模块设计
    3.4 基于GPU的4K超多视点3D视频实时转化方法的实现
    3.5 本章小结
第四章 实验结果与分析
    4.1 特效模拟实例展示
    4.2 烟雾、爆炸、火焰的应用实验
    4.3 军事场景的三维显示实验
第五章 总结与展望
    5.1 本文研究成果
    5.2 不足与改进
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录

(5)基于OpenGL的矢量场可视化方法研究与应用(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 科学计算可视化概述
        1.1.1 可视化技术发展、现状及趋势
        1.1.2 科学计算可视化技术研究内容
        1.1.3 科学计算可视化应用及意义
    1.2 项目背景与主要工作
        1.2.1 项目背景
        1.2.2 主要工作
    1.3 本文的组织结构
    1.4 本章小结
第2章 数据预处理与可视化编程平台
    2.1 数据预处理
        2.1.1 网格数据预处理
        2.1.2 反距离加权插值算法
        2.1.3 克里金插值法
        2.1.4 等参元映射法
        2.1.5 颜色映射表
    2.2 可视化编程平台
        2.2.1 STL
        2.2.2 OpenGL简介
    2.3 本章小结
第3章 基于几何图形的矢量场可视化
    3.1 点图标
    3.2 流线
        3.2.1 生成基础
        3.2.2 种子点选择与终止条件
        3.2.3 点定位与矢量插值
        3.2.4 数值积分方法
        3.2.5 积分步长的选择
    3.3 迹线
    3.4 流面
    3.5 本章小结
第4章 基于纹理的矢量场可视化
    4.1 纹理方法概述
    4.2 LIC算法
        4.2.1 LIC算法原理
        4.2.2 卷积计算
        4.2.3 流线追踪
        4.2.4 算法实现
    4.3 LIC算法改进
        4.3.1 彩色LIC算法
        4.3.2 纹理动态显示
        4.3.3 速度提高
    4.4 Volume LIC算法
    4.5 本章小结
第5章 可视化系统的设计与实现
    5.1 概述
    5.2 需求分析
        5.2.1 系统分析概述
        5.2.2 系统功能性需求
    5.3 总体设计
        5.3.1 系统功能模块
        5.3.2 系统设计流程
    5.4 详细设计
        5.4.1 类建模
        5.4.2 视图模块详细设计
        5.4.3 可视化模块详细设计
    5.5 可视化系统的应用
        5.5.1 二维机械工件模型
        5.5.2 三维涡轮盘模型
    5.6 本章小结
第6章 总结
    6.1 课题总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间论文发表情况

(6)连续工艺过程核心环节3D建模与仿真研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 基于OGRE的三维仿真发展现状
        1.2.2 连续混合过程仿真的研究现状
    1.3 论文的研究内容
    1.4 论文组织结构
2 基于新型混合机的连续混合过程
    2.1 混合机的分类
    2.2 双锥滚筒式混合机的结构及其工作原理
    2.3 连续混合过程的影响参数
    2.4 物料的受力分析
    2.5 本章小结
3 OGRE渲染引擎和碰撞检测算法
    3.1 OGRE渲染引擎介绍
        3.1.1 OGRE渲染引擎的特点
        3.1.2 OGRE系统结构
        3.1.3 OGRE动画效果实现
    3.2 碰撞检测算法
        3.2.1 基于包围盒的碰撞检测算法
        3.2.2 改进的碰撞检测算法
    3.3 本章小结
4 连续混合三维仿真系统设计与实现
    4.1 三维仿真系统的总体设计
        4.1.1 三维仿真系统的需求分析
        4.1.2 三维仿真系统的结构设计
        4.1.3 三维仿真系统的功能模块设计
    4.2 三维仿真系统开发工具
    4.3 三维仿真系统的实现
        4.3.1 混合机与粒子模型的制作
        4.3.2 渲染场景的设计与实现
        4.3.3 双锥滚筒式混合机的渲染
        4.3.4 理想情况下的粒子运动
        4.3.5 实际情况下的粒子运动
    4.4 粒子碰撞检测算法改进
    4.5 本章小结
5 连续混合三维仿真系统测试与结果分析
    5.1 数据采集
    5.2 填充率对混合度的影响
        5.2.1 不同填充率下的实验结果
        5.2.2 填充率影响程度的分析
    5.3 混合时间对混合度的影响
        5.3.1 不同混合时间下的实验结果
        5.3.2 混合时间的影响程度分析
    5.4 滚筒圆锥角对混合度的影响
        5.4.1 不同圆锥角下的实验结果
        5.4.2 圆锥角的影响程度分析
    5.5 混合机转速对混合度的影响
        5.5.1 不同转速下的实验结果
        5.5.2 转速的影响程度分析
    5.6 物料运动规律分析
    5.7 AABB包围盒与改进算法的对比
    5.8 系统测试结果分析
    5.9 本章小结
6 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录

(7)太阳风系统仿真与关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 问题提出
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究进展
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 论文研究主要内容及主要贡献
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 论文组织
        1.3.3 主要创新点
    本章小结
    参考文献
第2章 太阳风系统仿真技术综述
    2.1 太阳及太阳风
        2.1.1 太阳与太阳系
        2.1.2 太阳风
        2.1.3 月球探测工程和太阳风离子探测器
    2.2 太阳风仿真关键技术
        2.2.1 太阳风仿真模型
        2.2.2 太阳风仿真工具
        2.2.3 太阳风仿真实验
    2.3 研究基础、方法与手段
        2.3.1 研究基础
        2.3.2 研究方法与手段
    2.4 本系统拟形成的成果
        2.4.1 系统总体目标
        2.4.2 具体目标实现
    2.5 技术路线
    本章小结
    参考文献
第3章 太阳风粒子系统数理模型研究
    3.1 引力场中太阳风粒子运动模型
        3.1.1 太阳风粒子的运动学方程
        3.1.2 引力场中太阳风粒子引力方程
    3.2 气体动理论下的太阳风粒子气态驱动方程
        3.2.1 气体动理论研究
        3.2.2 初始化粒子速率分布
        3.2.3 太阳引力下的太阳风粒子能量
    3.3 电磁场作用下的太阳风粒子运动方程
        3.3.1 太阳风粒子碰撞受力模型
        3.3.2 磁场作用下的太阳风粒子
        3.3.3 电磁场作用下的太阳风粒子受力方程
    本章小结
    参考文献
第4章 太阳风仿真体系技术研究
    4.1 计算机仿真技术研究
        4.1.1 仿真与仿真过程
        4.1.2 现代仿真技术
        4.1.3 仿真技术新进展
    4.2 仿真体系中的计算模式研究
        4.2.1 单机计算技术
        4.2.2 高性能计算技术
        4.2.3 云计算技术
        4.2.4 CPU+GPU 异构计算模型
    4.3 数据库与数据存储技术
        4.3.1 现代数据模型及数据库系统
        4.3.2 新一代数据库技术的研究和发展
        4.3.3 面向应用领域的数据库新技术
    4.4 3D 计算机图形学
        4.4.1 3-D 坐标系和几何学
        4.4.2 虚拟摄像机
        4.4.3 矩阵与矩阵变换
        4.4.4 渲染管线
    4.5 太阳风系统仿真选型与系统框架设计
        4.5.1 太阳风系统仿真类型选型
        4.5.2 太阳风系统仿真构架实践
        4.5.3 仿真方法选型
        4.5.4 高性能计算中心选型
        4.5.5 数据存储方式选型
    本章小结
    参考文献
第5章 太阳风系统仿真工程实践
    5.1 太阳风系统仿真开发中的团队协作与版本控制
        5.1.1 仿真软件开发中的版本控制
        5.1.2 构建仿真软件开发版本控制服务器
    5.2 太阳风系统仿真 3D 引擎设计实现
        5.2.1 3D 渲染引擎系统架构设计
        5.2.2 系统详细设计
    5.3 太阳风系统仿真任调度模型研究
        5.3.1 任务调度策略分析
        5.3.2 任务调度的系统模型
        5.3.3 模型评价
    5.4 太阳风粒子数据映射模型设计与实现
        5.4.1 数据映射模型设计与实现
        5.4.2 模型测试
    5.5 太阳风粒子系统设计与实现
    5.6 地球及电磁场仿真设计
    5.7 系统测试
    本章小节
    参考文献
第6章 结语与展望
    6.1 全文总结
    6.2 论文的创新点
    6.3 研究展望
致谢
攻读学位期间取得学术成果
    一、教育经历
    二、攻读博士学位期间论文发表情况

(8)某模拟训练设备主控系统研究与设计(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 问题的引出
    1.2 国内外研究现状
    1.3 目的和意义
    1.4 本文的主要工作及组织结构
2 某装备模拟系统的结构和主控系统框架
    2.1 某装备模拟系统结构简介
    2.2 主控制系统的内容
    2.3 本章小结
3 空情仿真子系统原理与实现
    3.1 三维航迹拟合原理
    3.2 空情子仿真系统程序设计
    3.3 本章小结
4 三维虚拟战场子系统原理与实现
    4.1 全景技术介绍
    4.2 基于经纬映射全景图的虚拟三维技术
    4.3 基于 OpenGL 和 Ogre 的虚拟三维战场
    4.4 本章小结
5 教学与评估子系统原理与实现
    5.1 训练教学原理分析和知识库设计
    5.2 智能教学模块的设计
    5.3 自动评分模块的设计
    5.4 本章小结
6 总结与展望
参考文献
致谢
附录 攻读硕士期间发表的文章

(9)基于网络虚拟现实引擎的宏观与微观空间三维可视化技术研究与应用(论文提纲范文)

摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
    1.1 选题背景和意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 选题意义
    1.2 论文的组织结构
第二章 WebVR引擎及空间三维可视化技术
    2.1 WebVR引擎技术研究现状和存在问题
        2.1.1 WebVR引擎简介
        2.1.2 WebVR架构设计
        2.1.3 WebVR核心技术组成
        2.1.4 WebVR引擎应用研究
        2.1.5 WebVR相关软件发展
        2.1.6 WebVR引擎同空间结合存在的问题
    2.2 空间三维可视化技术
        2.2.1 空间可视化技术概述与分类
        2.2.2 国内外空间可视化技术概况
    2.3 WebVR技术与空间三维可视化技术
        2.3.1 虚拟现实技术在空间可视化中的功能
        2.3.2 WebVR技术用于空间可视化的优势
第三章 WebVR技术在宏观空间三维可视化应用的研究
    3.1 多维地表数据的融合
        3.1.1 多维数据融合
        3.1.2 支持多维数据融合的数据结构与索引结构
    3.2 三维虚拟地球的构建
        3.2.1 基于图的场景拓扑
        3.2.2 文件元数据划分与数据多尺度预处理
        3.2.3 基于剔除结果的数据请求与定时释放
        3.2.4 Hash地理编码数据库的建立
        3.2.5 地下地层三维可视化建模
    3.3 基于Hash地理编码的地球规模数据P2P分享
        3.3.1 基于KAD的P2P协议文件调度
        3.3.2 基于IOCP的大量用户节点服务器
        3.3.3 传输策略
        3.3.4 网络适应性
第四章 WebVR技术在微观空间三维可视化应用的研究
    4.1 分子表面可视化方法
        4.1.1 常规分子表达
        4.1.2 二级结构的可视化
        4.1.3 分子表面可视化
    4.2 加强分子表征的视觉特效
        4.2.1 提高分子结构表征的视觉效果
    4.3 巨大分子可视化支持
        4.3.1 共用可视化方法
        4.3.2 二次曲面的Ray-casting
        4.3.3 HyperBalls表达
        4.3.4 管道算法
    4.4 蛋白质大分子的物理动态仿真
        4.4.1 非共价键的动态演变
        4.4.2 渲染粗粒度模型和弹簧网络
        4.4.3 庞大的集合性能
        4.4.4 基准静态描述
第五章 WebVR技术在宏观空间与微观空间三维可视化应用的共性关键技术
    5.1 宏观与微观尺度下共性与异性特征
    5.2 共性关键技术的互用研究
        5.2.1 GPU渲染加速技术
        5.2.2 网络传输技术
        5.2.3 空间划分与索引
第六章 WebVR技术在空间三维可视化中的项目实例
    6.1 基于P2P的WebVR大场景导航系统
        6.1.1 系统实现
        6.1.2 系统测试
    6.2 面向网络环境的三维分子动态可视化
        6.2.1 渲染图形方法
        6.2.2 一个简单案例的测试方法
        6.2.3 测试效率限制
        6.2.4 改进分子渲染的特殊效果
        6.2.5 基于Hyperballs的网络空间可视化
第七章 总结与展望
    7.1 本文工作总结
    7.2 展望
参考文献
致谢
在学研究成果

(10)城市道路指路标志的微观仿真研究与实现(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外相关研究
        1.2.1 指路标志系统研究概况
        1.2.2 微观交通仿真技术研究概况
    1.3 本文的研究目标和内容
    1.4 论文组织
第2章 相关基础理论
    2.1 指路标志相关定义和概念
        2.1.1 指路标志定义
        2.1.2 指路标志分类
        2.1.3 指路标志在道路交通中的作用
    2.2 微观交通仿真技术
    2.3 OpenGL 技术
    2.4 本章小结
第3章 道路指路标志的微观仿真系统总体框架
    3.1 系统总体框架
        3.1.1 系统需求分析
        3.1.2 总体框架设计
    3.2 指路标志数据结构
    3.3 本章小结
第4章 系统仿真模型及相关算法
    4.1 指路标志布局方案生成模型
        4.1.1 标志位置信息及其指路信息
        4.1.2 标志的地图定位
        4.1.3 标志布局的图形化显示
    4.2 基于指路标志信息的驾驶员路径选择
        4.2.1 基于标志信息诱导的驾驶员路径选择
        4.2.2 驾驶员路径选择
    4.3 行人问路模型
    4.4 最优路径搜索
        4.4.1 Dijkstra 最优路径搜索算法
        4.4.2 基于矢量地图的 Dijkstra 最优路径算法
    4.6 本章小结
第5章 仿真系统实现及应用实例分析
    5.1 系统实现
        5.1.1 软件开发环境及开发工具
        5.1.2 系统的仿真流程
        5.1.2.1 驾驶员路径选择流程
        5.1.2.2 行人问路流程
        5.1.2.3 仿真结果显示流程
        5.1.3 系统总类图
    5.2 仿真结果与讨论
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 研究工作展望
参考文献
致谢
在读期间科研成果

四、基于OpenGL的微观分子运动三维实时动画仿真系统设计和实现方法(论文参考文献)

  • [1]教育部关于印发普通高中课程方案和语文等学科课程标准(2017年版2020年修订)的通知[J]. 教育部. 中华人民共和国教育部公报, 2020(06)
  • [2]面向感知增强的流场可视化与沉浸式模拟技术研究[D]. 王松. 中国工程物理研究院, 2019(01)
  • [3]基于GPU和粒子系统的动态云实时模拟[D]. 黄唯. 东南大学, 2017(04)
  • [4]基于粒子系统的战场环境中三维特效的仿真实现[D]. 宁继卫. 北京邮电大学, 2017(03)
  • [5]基于OpenGL的矢量场可视化方法研究与应用[D]. 李海杰. 东北大学, 2013(07)
  • [6]连续工艺过程核心环节3D建模与仿真研究[D]. 程玮. 南京理工大学, 2013(07)
  • [7]太阳风系统仿真与关键技术研究[D]. 王合闯. 成都理工大学, 2012(01)
  • [8]某模拟训练设备主控系统研究与设计[D]. 郭培. 华中科技大学, 2012(07)
  • [9]基于网络虚拟现实引擎的宏观与微观空间三维可视化技术研究与应用[D]. 吕智涵. 中国海洋大学, 2011(10)
  • [10]城市道路指路标志的微观仿真研究与实现[D]. 王钦梅. 中国科学技术大学, 2011(06)

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基于OpenGL的微观分子运动3D实时动画模拟系统的设计与实现方法
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