邵绪强
- 作品数：21 被引量：120H指数：6
- 供职机构：华北电力大学控制与计算机工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金河北省自然科学基金中央高校基本科研业务费专项资金更多>>
- 相关领域：自动化与计算机技术电气工程更多>>
- SPH固流交互中的实时固体破碎动画模拟
- 2023年
- 目的针对固流交互中的固体破碎现象模拟研究较少、物理模型复杂、多求解器耦合性差、真实感与实时性难以兼顾等问题,提出一种适用于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)固流交互统一粒子框架的实时固体破碎模拟方法。方法首先,结合断裂力学理论与统一粒子框架下固体边界粒子的空间和物理特性,构建基于物理的能量分析模型。然后,通过实时分析固体与流体之间的能量转化和自身能量平衡,将满足条件的粒子作为破碎发生的启发点。最后,采用基于几何的碎块生成方法,将启发点集作为种子点构建Voronoi图,完成碎块的生成。为确保模拟系统实时性,将模拟系统进行并行优化并加载至图形处理器(graphics processing unit,GPU)并行执行。结果通过在不同复杂度和粒子规模的实验场景中进行模拟得到的结果表明,本文方法能够稳定地模拟固体受到流体冲击后发生的破碎现象,破碎细节真实感良好,在百万级粒子规模下能够满足实时性要求,可大规模并行执行且GPU加速效果显著,加速收益随场景规模增大而增大。结论与现有研究相比,本文方法充分结合物理与几何方法的优点,与SPH统一粒子框架具有更高的耦合性,能够稳定地模拟固流交互中的固体破碎现象,细节符合现实世界物理规律,真实感渲染效果良好,可应用于洪涝、海啸、溃坝和泥石流等自然灾害的交互式预演、电子游戏特效等领域。
- 邵绪强张鑫杨仕和金佚钟
- 关键词：流体模拟光滑粒子流体动力学
- 基于完全拉格朗日粒子方法的物理动画模拟被引量：2
- 2017年
- 自然界中不同类型物体和行为的真实感模拟是物理动画的重要内容,但实现基于统一数值方法的模拟仍是研究难点。基于光滑粒子动力学方法和连续介质力学物理模型,提出一种基于完全拉格朗日粒子方法的物理动画模拟算法,模拟刚性物体、弹性物体和不可压缩流体的动力学行为。此外,结合固体表面粒子的自适应采样方案和相对贡献计算方案,提出一种稳定的固流交互算法。实验结果表明,该方法适合于虚拟环境中不同类型物体运动和交互的统一建模和模拟。
- 邵绪强景筱竹刘书刚
- 关键词：刚体流体
- GPU并行计算加速的实时可视外壳三维重建及其虚实交互被引量：13
- 2017年
- 针对现有的基于图像的三维重建方法难以实现真实物体的快速三维重建,无法满足虚实交互等应用需求的问题,提出一种基于GPU并行计算的实时三维重建及其虚实交互方法.首先把物体所在空间剖分成具有数据独立性的体素集合,结合可视外壳重建算法和精确行进立方体算法并行遍历每个体素得到体素状态序列;然后并行压缩体素状态序列得到非空体素集合,对非空体素进行并行三角形网格化,并利用图形硬件的多重纹理映射和可编程功能进行基于像素的纹理映射;最后假定虚拟物体的粒子为运动受限的拉格朗日流体粒子,重建物体网格顶点为流体边界,通过流体动力学方程的并行光滑粒子动力学方法求解来计算虚实交互.实验结果表明,该方法在GPU上进行完全并行求解,在32×32×32的空间剖分精度下,实现了实时三维重建和20帧/s左右的虚实交互计算,适用于计算机图形学和虚拟现实等领域中的虚实交互应用.
- 邵绪强聂霄王保义
- 关键词：三维重建实时模拟
- 基于稳定性SPH-SWE数值模型的真实感流体动画实时模拟被引量：4
- 2021年
- 流体动画模拟的真实感与实时性一直是流体模拟研究中的热点.针对在复杂地形场景中不稳定的流体表面运动现象,本文提出一种基于地形差异的自适应流体速度控制力,建立了稳定性光滑粒子流体动力学方法以求解浅水方程数值模型.首先,将模拟域从三维降至二维表面来降低计算量,通过粒子的密度大小表示其水深高度值;其次,采用变长光滑搜索半径,确保搜索邻域内的粒子数目稳定在固定范围内,提高模拟精度;最后引入一种基于地形差异的自适应流体速度控制力,根据粒子密度大小的实时变化来确定计算速度控制力的地形研究范围,通过插值计算粒子运动前后时间步所处地形位置的差异来修正粒子的速度和位置.本文使用屏幕空间流体渲染方法对流体表面进行绘制,避免了表面网格的提取与重建,流体的运动数值计算和渲染均被加载到GPU上并行化执行,实验结果表明在达到实时交互级别的同时,本文方法有效地改善了在复杂地形场景中流体表面的不稳定运动现象,同时流体模拟过程中密度与压强的分布均匀.
- 邵绪强梅鹏陈文新
- 关键词：浅水方程并行计算复杂地形
- 基于改进的Lengyel绘制方法的毛发实时模拟
- 针对短毛发的绘制,Lengyel 方法实现了实时绘制和对动态毛发的模拟,但是存在不能在动态毛发模拟中有效绘制发翼的问题。本文通过对发翼按 shell 层的间距进行等分,以实现在动态毛发模拟中增加发翼的绘制,并设计了一种随...
- 唐勇邵绪强吕梦雅
- 关键词：纹理映射
- 文献传递
- 一种基于采样数据的动态水面重建方法
- 本发明涉及一种基于采样数据的动态水面重建方法，属于虚拟现实技术领域。重建方法包括如下步骤：（1）搭建多相机动态水面数据采集装置，对相机进行标定，采集需要重建的动态水面运动场景图像；（2）从图像提取角点，确定图像角点和水底...
- 周忠吴威赖志坚邵绪强
- 文献传递
- 微可压缩SPH流体的稳定性固体边界处理算法被引量：8
- 2014年
- 固流耦合,即流体的固体边界处理一直是基于物理的流体模拟技术的研究重点.为解决SPH流体模拟中固流耦合存在的交界面处流体粒子衰减和穿透问题,提出一种固体采样边界粒子与动量守恒保持的位置-速度修正方案相结合的固流耦合方法.首先在预处理阶段对快速格子形状匹配(fast lattice shape matching,FLSM)模型表示的固体边界进行表面和内部边界粒子采样;然后在运行过程中计算流体粒子密度和受力时考虑边界固体粒子的相对贡献;最后利用动量守恒保持的位置-速度修正方案对流体粒子进行位置和速度的修正.为了提高计算速度以满足交互式应用需求,把每个迭代步长内的计算完全并行化后加载到GPU上进行加速处理.实验结果表明,该算法实现了微可压缩SPH流体与刚体以及弹性体的双向耦合,并可以高效、稳定地模拟固流耦合中的非穿透、液滴飞溅、溶解等复杂现象.
- 邵绪强周忠张劲松吴威
- 关键词：固流耦合流体模拟并行计算
- 流体运动估计光流算法研究综述被引量：16
- 2021年
- 对流体图像序列进行运动分析一直是流体力学、医学和计算机视觉等领域的重要研究课题。从图像对中提取的密集精确的速度矢量场能够为许多领域提供有价值的信息,基于光流法的流体运动估计技术因其独特的优势成为一个有前途的方向。光流法可以获得具有较高分辨率的密集速度矢量场,在小尺度精细结构的测量上有所改进,弥补了基于相关分析法的粒子图像测速技术的不足。此外,光流方法还可以方便的引入各种物理约束,获得较为符合流体运动特性的运动估计结果。为了全面反映基于光流法的流体运动估计算法的研究进展,本文在广泛调研相关文献的基础上,对国内外具有代表性的论文进行了系统阐述。首先介绍了光流法的基本原理,然后将现有算法按照要解决的突出问题进行分类:结合流体力学知识的能量最小化函数,提高对光照变化的鲁棒性,大位移估计和消除异常值。对每类方法,从问题解决过程的角度予以介绍,分析了各类突出问题中现有算法的特点和局限性。最后,总结分析了流体运动估计技术当前面临的问题和挑战,并对未来基于光流法的运动估计算法的研究方向和研究重点进行了展望。
- 邵绪强杨艳刘艺林
- 关键词：光流法流体力学光照变化
- 基于Lengyel方法的动态毛发模拟研究被引量：1
- 2008年
- 分析各种基于Lengyel方法模拟动态毛发技术。通过忽略质点-弹簧系统中的剪应力和折叠力,并假定提供位移力的弹簧不发生伸缩,得到一种"质点-刚性杆系统",把它引入到Lengyel方法中,结合非线性插值计算shell层偏移量的方法来控制各shell层的运动,实现了毛发动画并真实地模拟了毛发的自然弯曲。在绘制过程中利用了GPU的可编程功能进行加速,达到了实时效果。
- 唐勇邵绪强吕梦雅
- 真实感水力侵蚀地形建模与绘制
- 2020年
- 水力侵蚀地表是现实生活及虚拟场景中常见的一种自然现象。为研究水力对地表的侵蚀现象,提出一种采用光滑粒子流体动力学(SPH)模拟流体对地形表面的湿润以及侵蚀过程的真实感仿真模型。通过对自然界中真实溅蚀现象进行合理简化描述,建立一种包含3个阶段的地形水力溅蚀模型:首先,利用弹丸冲击平板靶材变形模型模拟水流冲击地表变形效果;其次,构建基于达西定律的水流渗透量计算方法以确保地表吸水与水分扩散的真实性;最后,提出将地表湿润度因素对地表侵蚀的影响考虑在内的新型计算模型,实现与冲蚀相融合模拟积水继续运动对地表冲蚀作用。实验结果表明,该模型能够真实地模拟出不同方向的水流对地表的侵蚀效果以及侵蚀过程中地表吸水与湿润扩散现象。
- 郑顾平张萌邵绪强伍朝辉
- 关键词：水力侵蚀光滑粒子流体动力学溅蚀达西定律
