导读:本文包含了基于物理的计算机动画论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:高性能计算,流体动画,软件平台,带符号距离场
基于物理的计算机动画论文文献综述
伍毅子[1]（2014）在《基于物理的计算机流体动画生成的高性能算法研究》一文中研究指出本文全面探讨流体动画生成的各个方面,分析其性能瓶颈,并对若干重要问题的高性能计算进行深入研究。主要研究内容包括叁维流体数据场高性能生成,Navier-Stokes方程组高性能求解,颗粒流模拟离散元方法高性能求解以及高性能流体仿真软件平台的架构设计。叁维流体数据场的生成不仅是流体模拟的重要数据准备,而且可能贯穿整个模拟过程。为此,本文首先研究流体数据场的高性能生成,特别是带符号距离场的生成。本文提出了从叁角面片生成带符号距离场的双层粒子算法,该算法首先构造围绕叁角面片的内外两层粒子以逼近叁角面片,然后分别计算两层粒子的无符号距离场,最后通过一个简单的公式计算带符号距离场。该算法形式简洁,避免了复杂的几何配置,且具有天然的并行性。实验结果显示,双层粒子算法具有较高的并行效率,大约有10–40倍的并行加速比。其次,为了高效求解Navier-Stokes方程,本文提出了求解压力Poisson方程的适于并行计算的预处理共轭梯度法。新的预处理方法将线性代数方程组的求解回归到背景网格上来考虑,将稀疏矩阵的非零元素表示为直观的网格模板,直接设计预处理矩阵的逆矩阵,且设计预处理逆矩阵时采用理论猜测、数据分析和实验验证相结合的办法以确定最优参数。本文在研究过程中发现了重构矩阵的稀疏结构可以显着降低条件数这一规律,并借此进一步推广了所提算法。数值实验表明,新的预处理共轭梯度法有着良好的收敛速度和并行效率:相同误差限制条件下,迭代次数降为原共轭梯度法的1/2左右,推广后的算法迭代次数进一步降为原来的1/3左右;而且新算法大约有5–10倍的并行加速比。本文还研究了颗粒流模拟离散元方法的高性能计算问题。图形学中的离散元方法,一般采用组合球形粒子的方法来建模颗粒,据我们所知,文献中尚未出现针对这一方案的GPGPU并行算法设计与实现。设计该算法并行版本的关键难点在于,GPGPU设备不直接支持可变长数据结构。本文提出一种适合GPGPU并行计算的数据结构以克服这一难点,并在此基础上提出高效的并行算法。数值结果表明,新的并行算法相比原算法约有10倍的加速比。最后,本文提出一种适合高性能流体模拟的软件架构,并实现为软件平台PBAT。PBAT架构设计采取变化分离和功能模块松耦合的原则,界面与模拟模块高度分离,各模拟模块功能高度松耦合,非易变性功能高度组件化。流体模拟参数被设计为独立模块,从而使得参数改变对整体架构的影响局部化。PBAT架构在设计上兼顾了开发期属性和运行期属性,兼顾了通用性与性能。PBAT目前已实现许多数学工具和模拟模块,而且设计并实现了一个简易的图形用户界面。由于较好的架构设计,软件具有良好的可重用性、可扩展性、可维护性、异构性和跨平台特性,而且由于许多算法采用OpenCL进行并行实现,PBAT具有较高的性能。(本文来源于《湖南师范大学》期刊2014-09-01）
靳碧鹏[2]（2007）在《基于物理的计算机实时动画研究》一文中研究指出近几十年来,由于影视动画、虚拟现实和计算机游戏等领域的不断发展,基于物理的计算机动画成为人们研究的热点方向,它通过探索真实世界中自然现象的物理本质,利用计算机为物体建立精确的运动模型,从而更加逼真的表现物体的形象和运动。但是,由于物理方程计算的复杂性,基于物理的计算机动画总是存在耗时严重的问题,满足不了许多对时间要求较高的图形学应用领域的要求。本文以基于物理的计算机动画作为研究目标,试图在物理模拟的真实感和效率之间寻求一个良好的平衡点,从而满足计算机游戏领域的需求。本文对这一课题的研究主要集中在以下两个方面:第一,提出了一种基于物理模型的布料动画仿真方法。本文通过分析真实布料的物理机械原理,在质点-弹簧模型的基础上,提出用可变长度的细长杆代替弹簧的策略来模拟布料的压缩和弯曲现象,并且采用稳定而快速的Verlet数值积分法求解布料的运动方程。与别的方法相比,本文的方法更加逼真的表现了布料的柔软特性。另外,在处理布料与周围物体碰撞时,为了达到实时效果,本文针对发生碰撞的具体对象设计了简单易行的碰撞检测方法,并且采用效率较高的投射法来处理碰撞;同时针对布料的自碰撞,介绍了一种有效避免布料发生自碰撞的方法以及相应的加速处理方法。最后,在GPU上加速实现了布料模拟算法,利用最新的顶点纹理拾取技术建立布料的几何模型,并利用GPU的通用计算能力进行数值积分,大大提高了系统的性能。实验证明,本文实现的布料动画模拟系统是稳定而快速的,它兼顾了系统对真实感和实时性两方面的要求。第二,研究基于物理的水流动画技术。本文通过利用最新图形硬件的通用计算能力加速求解二维波动方程,从而获得水流表面的高度图,然后利用最新的顶点纹理拾取技术,得到水流的几何模型,这种技术避免了CPU和GPU之间相互传输数据,大大加快了水流模拟的速度。此外,为了更加逼真的模拟水流动画,本文还实现了几种增强水面真实感的技术:根据不同视点下的场景动态生成水面的折射和反射纹理,然后直接从pBuffer中读入纹理数据,利用Fresnel反射系数模拟水面的折射和反射效果;使用一种简化的处理方法模拟了水面的刻蚀;用纹理贴图的方法真实模拟了小船在水面上行驶时形成的尾痕。(本文来源于《电子科技大学》期刊2007-04-01）
柳有权[3]（2005）在《基于物理的计算机动画及其加速技术的研究》一文中研究指出基于物理的计算机动画一直是计算机图形学领域的一个热点研究方向,尤其是电影特效的发展以及电子游戏的强力需求推动着这一方向的研究。人们不仅需要形象的真实感,也需要运动的真实感。而真实世界蕴涵着复杂的运动规律,其复杂度往往使得人们难以用一些简单过程来表述。如何发现这些规律并通过计算机计算重现真实世界的运动成为基于物理的计算机动画的关键技术。然而一方面人们对真实世界的许多现象的内在本质仍处在探索中,在计算机图形领域中对于这些现象缺乏对其物理模型本身比较合适的描述和建模,另一方面物理计算的复杂性往往带来性能的严重损失,满足不了许多对时间要求较高的图形学应用领域的需求,因此如何在视觉误差范围内对其计算处理进行加速就显得尤为重要。本文以基于物理的计算机动画作为研究目标,并试图在物理模拟的真实感和效率之间寻求一个良好的平衡点,从而满足众多应用领域的需求。 本文对这一课题的研究着重集中在以下叁个方面:第一,对于基于物理的树木动画,寻求新的方法以模拟和加速枝条自然的变形计算;第二,试图利用图形卡的最新进展,以新的图形硬件(GPU)的可编程性和一定程度的并行性加速通用代数运算,实现基于物理的计算机动画的加速;第叁,研究基于物理的流体模拟,着重研究流体与物体表面的作用以及流体计算的加速。 本文算法的主要贡献和创新点在于如下工作: □第一次在计算机图形学领域将表面流体的运动和表面形态的湿度变化结合起来,以模拟流体流经不同介质表层所产生的复杂真实效果。对于潮湿的表面采用物体表面对水的实际吸收量作为控制因子来表现其不同程度的湿润情形。同时模拟了整个表层污物的输运以及侵蚀和沉积过程。 □利用GPU求解纳维-斯托克斯流体运动方程组,实现了烟雾等流体在复杂环境中实时自然流动。求解过程中采用半拉格朗日方法求解对流项,结合隐式迭代以获得绝对稳定的格式,从而满足大的时间步长。由于整个计算映射到GPU上,从而利用GPU的并行性获得充分的加速,使得整个计算和绘制达到实时效果,另外,为了能灵活地处理复杂边界,创造性地引入修正因子和偏移两幅纹理,通过修正因子纹理来设计各类边界,而通过偏(本文来源于《中国科学院研究生院（软件研究所）》期刊2005-05-01）
朱林海[4]（2002）在《基于物理模型的水流动画计算机模拟》一文中研究指出在计算机图形学中，模拟水流动画是一个有意义并且具有挑战性的课题。要得到逼真的水流动画，其中一个关键性的方面在于要模拟出水流的运动形态。本论文用干扰模型来控制水波的产生和模拟各种类型的波，从而能够逼真地制出水流动画。 在我们的水流模型中，水表面看作一个高度场。水流整体可以按微元的观点看成由一系列竖直水柱拼接而成。水流的运动规律由一个浅水波方程，即一个二维的Navier-Stokes方程来描述。 通过浅水波的物理模型，我们可以自动地模拟水波的运动。实验结果表明，水波的运动是逼真的。我们成功地模拟了水波的反射、迭加和绕射现象。 我们借用计算流体动力学中的数值分析工具，对浅水波方程进行数值求解。采用有限体积法求解方程，解稳定并且效率高。而且还可以方便地处理各种复杂的初始条件与边界条件。因此在我们的模型下，水域不再限制成矩形类的区域，而可以是任意单连通的区域。 本论文的前两章介绍水流模拟课题方面的挑战及人们所采用的方法。第叁章以后具体地介绍如何利用有限体积法求解浅水波方程得到水波的运动形态，以及如何利用干扰模型扰动方程的数值解来产生各种形状的水波。(本文来源于《西北工业大学》期刊2002-03-02）
邵春民[5]（1998）在《计算机动画优化高中物理教学》一文中研究指出计算机动画优化高中物理教学邵春民一、应用计算机动画。模拟物理实验物理是以实验为基础的学科，在高中物理教材中，很多物理概念和物理规律的建立，都是在演示实验或学生实验的基础上，通过对所观察到的物理现象的分析，概括出物理概念，总结出物理规律。有些实验受设备、技(本文来源于《中国电化教育》期刊1998年04期）
李旭光[6]（1997）在《用计算机动画模拟物理现象的探索》一文中研究指出我们研制开发了一系列的物理教学软件，主要有《原子物理系列》、《静电场中的导体》、《弹性碰撞》、《洛仑兹力》等等。这些软件已经多次用于课堂教学，收到了显着的效果。软件制作使用美国Autodesk公司的二维动画制作平台AnimatorPro，配以相应的文字、(本文来源于《实验教学与仪器》期刊1997年Z1期）
郑又琴,叶炜民,崔纪鹏[7]（1997）在《计算机动画技术及其在物理CAI课件中的应用》一文中研究指出本文讨论了几种常用的计算机动画技术，并对动画技术在物理ＣＡＩ中的应用做个说明(本文来源于《工科物理》期刊1997年01期）
郑又琴,叶帅民,崔纪鹏[8]（1996）在《计算机动画技术及其在物理CAI课件中的应用》一文中研究指出本文讨论了几种常用的计算机动画技术，并对动画技术在物理ＣＡＩ中的应用做了说明．(本文来源于《计算机辅助工程》期刊1996年03期）
王宝兴,陈诗笠,杨淑霞[9]（1989）在《计算物理图形输出方法——计算机科学与工程动画概述》一文中研究指出本文包括以下四部分内容:计算物理中的图形输出问题;图形输出与计算机图形学;计算机科学与工程动画;计算机科学与工程动画的研制。(本文来源于《计算物理》期刊1989年01期）
基于物理的计算机动画论文开题报告
（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：
近几十年来,由于影视动画、虚拟现实和计算机游戏等领域的不断发展,基于物理的计算机动画成为人们研究的热点方向,它通过探索真实世界中自然现象的物理本质,利用计算机为物体建立精确的运动模型,从而更加逼真的表现物体的形象和运动。但是,由于物理方程计算的复杂性,基于物理的计算机动画总是存在耗时严重的问题,满足不了许多对时间要求较高的图形学应用领域的要求。本文以基于物理的计算机动画作为研究目标,试图在物理模拟的真实感和效率之间寻求一个良好的平衡点,从而满足计算机游戏领域的需求。本文对这一课题的研究主要集中在以下两个方面:第一,提出了一种基于物理模型的布料动画仿真方法。本文通过分析真实布料的物理机械原理,在质点-弹簧模型的基础上,提出用可变长度的细长杆代替弹簧的策略来模拟布料的压缩和弯曲现象,并且采用稳定而快速的Verlet数值积分法求解布料的运动方程。与别的方法相比,本文的方法更加逼真的表现了布料的柔软特性。另外,在处理布料与周围物体碰撞时,为了达到实时效果,本文针对发生碰撞的具体对象设计了简单易行的碰撞检测方法,并且采用效率较高的投射法来处理碰撞;同时针对布料的自碰撞,介绍了一种有效避免布料发生自碰撞的方法以及相应的加速处理方法。最后,在GPU上加速实现了布料模拟算法,利用最新的顶点纹理拾取技术建立布料的几何模型,并利用GPU的通用计算能力进行数值积分,大大提高了系统的性能。实验证明,本文实现的布料动画模拟系统是稳定而快速的,它兼顾了系统对真实感和实时性两方面的要求。第二,研究基于物理的水流动画技术。本文通过利用最新图形硬件的通用计算能力加速求解二维波动方程,从而获得水流表面的高度图,然后利用最新的顶点纹理拾取技术,得到水流的几何模型,这种技术避免了CPU和GPU之间相互传输数据,大大加快了水流模拟的速度。此外,为了更加逼真的模拟水流动画,本文还实现了几种增强水面真实感的技术:根据不同视点下的场景动态生成水面的折射和反射纹理,然后直接从pBuffer中读入纹理数据,利用Fresnel反射系数模拟水面的折射和反射效果;使用一种简化的处理方法模拟了水面的刻蚀;用纹理贴图的方法真实模拟了小船在水面上行驶时形成的尾痕。
（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。
基于物理的计算机动画论文参考文献
[1].伍毅子.基于物理的计算机流体动画生成的高性能算法研究[D].湖南师范大学.2014
[2].靳碧鹏.基于物理的计算机实时动画研究[D].电子科技大学.2007
[3].柳有权.基于物理的计算机动画及其加速技术的研究[D].中国科学院研究生院（软件研究所）.2005
[4].朱林海.基于物理模型的水流动画计算机模拟[D].西北工业大学.2002
[5].邵春民.计算机动画优化高中物理教学[J].中国电化教育.1998
[6].李旭光.用计算机动画模拟物理现象的探索[J].实验教学与仪器.1997
[7].郑又琴,叶炜民,崔纪鹏.计算机动画技术及其在物理CAI课件中的应用[J].工科物理.1997
[8].郑又琴,叶帅民,崔纪鹏.计算机动画技术及其在物理CAI课件中的应用[J].计算机辅助工程.1996
[9].王宝兴,陈诗笠,杨淑霞.计算物理图形输出方法——计算机科学与工程动画概述[J].计算物理.1989