基于物理与生物的时变场景的模拟

Behavior of any lives, creatures or plants, is inherently physically and biologically based. Investigation on physically and/or biologically based simulation of multi-modal (in terms of physical state & features) lives is of significance in various applications like in the natural environment simulation, ecological disaster simulation and prevention，digital media. The topic is highly challenging, and involved with the study cross a few professional disciplines, typically the biological behavior simulation, hybrid interaction among multi-modals, biologically and physically based time-varying procedure, parallel processing on the hybrid model computation etc.. . The investigation will be primarily made on two aspects, with combination of both physical and biological principles. For the first aspect, we will focus on the study of animation behavior simulation of flying lives like birds, fishes etc. in the fluids such as air or water. To the human behavior, the soft tissue deformation in the medical operations is involved with similar technique on the study of flesh mechanics, which will be taken as an optinal choice of investigation. Besides, the simulation will be highly intensive in computation, and parallel processing on GPU and/or multi-core based structure will be studied, in particular for real time applications. On the second aspect,investigation will be made to natural objects, like plants or fruits, on their growing or withering process, incurred from biological and/or physical factors.

任何生物行为，包括人类、动物的活动与植物的变化，实际上都是基于物理与生物原理的综合行为。对于多态（基于不同形态与特点）生物进行基于物理和生物的研究在许多应用领域如自然环境与生态的仿真、生态灾难的建模与防治、数字媒体等均具有重要价值。此课题关于结合物理与生物的综合仿真尚处于初始研究阶段，是一个具有挑战性的难题。有价值的研究工作包括：生物行为仿真，多态物体的交互，基于生物、物理的演变机理与时变过程，.混合仿真的并行计算等。. 本课题的研究工作主要在两方面展开：第一是研究飞行动物在空中、水中的飞行/游动及其运动过程。对于人体而言,医疗手术中软组织变形的仿真亦涉及基于肌肉生理的力学问题；而基于GPU 与多核结构的对于混合仿真的并行计算将是实时应用中必须研究解决的问题。第二是研究自然物体或场景的基于物理和生物的时变过程，例如植物（树木、草地、果蔬等）的生长与衰变过程模拟。

任何生物行为，包括人类、动物的活动与植物的变化，都是基于物理与生物原理的综 合行为。对于多态生物进行基于物理和生物的研究在许多应用领域 如自然环境与生态的仿真、生态灾难的建模与防治、数字媒体等均具有重要价值。此课题的研究工作包括：生物行为仿真，多态物体的交互，基于生物、物理的演变机理与时变过程，混合仿真的并行计算等。 . 本课题的研究工作主要在两个方向展开：第一是研究自然物体或场景的基于物理和生物的时变过程；第二是研究人体、飞行动物的建模与运动过程。第一方向的主要研究集中于基于物理的多态流体仿真与交互特性的研究：在多相流体仿真中， 我们提出了新的框架用于多项界面的显式追踪， 并且提出了自适应多相界面追踪算法，采用自适应技术提高界面追踪的精度和效率，为多相流体模拟技术提供高效而鲁棒的界面追踪解决方案；我们在欧拉仿真的框架下提出一种通过直接控制边界的方法来统一建模任意复杂多相流的方法；我们基于光滑粒子流体动力学实现了动态液体与人体运动实时交互仿真。这些研究解决了多相流体仿真的若干难题，提高了多相流体仿真的效率与效果。在这一方向上我们还改进算法实现了一种在雨雪、雷电场景下的多种自然现象的实时真实感仿真。.在第二方向主要是研究了人体、飞行动物的建模与运动过程，以及基于神经生物学得到的性质加以建模，成功地运用到机器视觉应用中。在飞行生物的建模中，我们提出了一个完整的高效的羽毛覆盖系统；提出了一个基于光滑粒子流体动力学实时生成由动态角色运动驱使的液体特效的有效方法。我们基于哺乳动物视觉的生物生理特性与结构，对神经生物学得到的性质加以建模，成功地运用到机器视觉中，提出基于多层特征表示的共享模型：基于层次结构的多级判别字典学习分类算法、基于正则化约束的适应性共享分类等，用于处理海量类别的自然图像的特征表达与提取、图像的分类与匹配识别等，获得重要进展。