基于物理的虚拟场景建模与实时计算

基于物理的虚拟场景建模与实时计算是实现大规模复杂虚拟环境的关键技术之一,其研究进展在灾难防治与救援、军事国防、反恐防恐演练及影视特技制作等领域都有重大的应用价值。本项目主要在以下几方面研究新技术与加速算法：流体、实体运动的建模、实时计算模拟与交互, 包括新的流体计算模型和算法，多种流体及流体与固体多相态混合作用，实体在外界冲击力作用下的破坏效应等；基于物理的自然场景物体时、空变化与动态仿真, 其重点研究自然景物尤其是大规模自然场景在自然条件变化下的动态与衰变模型，以期模拟自然景物在各种条件下的真实变化过程；基于物理的加速算法与并行计算，特别是利用GPU集群以实现实时仿真；基于生物或人体行为的群体活动仿真技术.以期通过这几方面的研究在大规模复杂虚拟环境的基于物理的建模与实时计算方面取得重要进展.

符合自然规律的虚拟场景建模与实时计算是实现大规模复杂虚拟环境的关键技术,其研究在灾难防治与救援、军事国防、影视特效等领域都具有重大的研究与应用价值。该项目遵循原计划, 围绕复杂自然场景建模与实时计算的各个方面, 分别在流体、实体运动的建模、实时计算模拟与交互, 自然场景物体基于物理的时、空变化与动态仿真, 基于物理的加速算法和并行技术, 基于人体行为与物体运动的群体活动仿真技术等方面展开研究，并在以下三方面的研究中取得重要进展：.1. 研究了各种复杂流体与固体运动现象及其物理建模方法。在基于平滑粒子动力学的流体建模，多种流体的混合流动，复杂边界流体的实时模拟，固态物体的碰撞检测，基于物理的形变破碎与流固交互等方面取得了进展与创新成果。该项目关于流体交互仿真的研究受邀为ACM虚拟现实领域顶级年会第十八届VRST2010作大会特邀报告。.2. 研究了自然场景物体基于物理的时、空变化与动态仿真，复杂气象的建模与绘制。基于物理及生物学原理，指导大规模草地、果蔬的枯萎模拟以及实时模拟固体燃烧过程。其研究工作连续获得第八、九两届中国计算机图形学大会优秀论文奖。我们针对多相（气、液、固）流体型灾难景象如沙尘暴、泥石流、山体滑坡及雪崩等，建立起统一的多相流运动模型及参数化建模。.3. 研究了GPU底层的加速技术，为多层次环境绘制提出了高效算法，其工作为GPU 图形计算与绘制领域两个权威系列丛书发表；构建了GPU-CPU异构集群系统，实现无网格物理仿真引擎，碎裂断裂并行计算，大规模连续物理碰撞等应用。其系统为后续研究工作进行基于物理的并行计算提供了平台和基础。 . 本项目实施过程中，项目组在两个权威系列丛书分别发表论著（章节）共两章，在重要国际期刊和本领域重要国际会议(SIGGRAPH等)上发表(含录用)论文74篇，其中在国际期刊(如 ACM TOG,IEEE TVCG等)发表论文32篇，在国际主流会议 (SIGGRAPH、ACM I3D等)上发表(含录用)论文20篇。培养研究生41名（博士15名），授权国家发明专利12项。项目组积极参与相关领域主流国际会议, 与国外同行进行了深入的学术交流与合作, 并在6个国际会议作大会邀请报告。