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王章野,张海涛,施肖菁,王丰金,张昆,彭群生.屏幕空间流体场景的真实感绘制.软件学报,2012,23(zk2):138-148
屏幕空间流体场景的真实感绘制
Realistic Rendering of Fluid Scenes in Screen Space
投稿时间:2012-05-20  修订日期:2012-09-29
DOI:
中文关键词:  真实感绘制  流体场景  屏幕空间实时绘制  各向异性建模  光滑粒子动力学
英文关键词:realistic rendering  fluid scenes  screen space real-time rendering  anisotropic modeling  SPH
基金项目:国家自然科学基金(60833007, 60970075, 61272302); 国家重点基础研究发展计划(973)(2009CB320802)
作者单位E-mail
王章野 浙江大学 CAD & CG 国家重点实验室,浙江 杭州 310027 zywang@cad.zju.edu.cn 
张海涛 浙江大学 CAD & CG 国家重点实验室,浙江 杭州 310027  
施肖菁 温州大学 物理与电子信息工程学院,浙江 温州 325035  
王丰金 浙江大学 CAD & CG 国家重点实验室,浙江 杭州 310027  
张昆 浙江大学 CAD & CG 国家重点实验室,浙江 杭州 310027  
彭群生 浙江大学 CAD & CG 国家重点实验室,浙江 杭州 310027  
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中文摘要:
      现有屏幕空间流体场景的实时绘制方法存在着表面提取不光滑、光照不自然及缺乏真实感细节等缺陷.提出了一种屏幕空间流体场景真实感绘制算法.该算法基于SPH(光滑粒子动力学)框架.首先提出了一种基于各向异性的表面光滑模型:采用Laplacian平滑方法对粒子空间位置进行初步平滑处理;通过各向异性的流体建模进行进一步地平滑处理;再通过双边滤波方法对深度图进行后期平滑,得到了较为理想的平滑流钵表面.为了改进流体场景的光照效果,提出了一种精细的流体表面光照模型,该模型不仅考虑环境光的影响,还考虑了光源的漫反射及高光分量的定量影响.为了增加流体场景的真实感细节,提出了一个基于曲率的高效简单的浪花生成模型.最后采用GPU加速技术,实现了卷浪及海啸巨浪冲击海滩等复杂流体景象的实时绘制.相比现有算法,该方法能在不失实时绘制性能的前提下,极大地改进屏幕空间流体场景绘制的真实感,在实时仿真及游戏设计等领域有着重大的应用潜力.
英文摘要:
      The study presents a new realistic rendering algorithm for a fluid scene with SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) in a screen space. First, the paper proposes an anisotropic based surface smoothing model: The study adopts the Laplacian Smoothing to acquire relative smooth particle position distribution in 3D space. Next an anisotropic modal is used to produce initial fluid surface. Last, a bilateral filtering depth map, we got the final desired smoothing fluid surface. Next, the study present a finer fluid surface illumination model to improve fluid scenes rendering, also using curvature based model to add realistic details of fluid. The study realizes that all these are in GPU. Compared with other methods, the approach can greatly improve the realism of fluid scenes rendering in screen space without losing the real-time performance, and could be found great potential applications in the domains such as real-time simulation and game, etc.
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