《多維物理屬性的動態火焰重建技術研究》是依託北京航空航天大學，由吳威擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多維物理屬性的動態火焰重建技術研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：吳威
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
火焰是典型的非均勻參與介質，密度稀疏、粒子分布不均勻、光線傳播過程複雜，溫度分布和演變隨機性大，真實感動態火焰重建一直是可研究的熱點問題。目前圖形學通常採用的物理模擬方法主要表現火焰在幾何空間上的視覺真實感，缺乏物理信息；而燃燒學的火焰仿真研究重在測量火焰中物理量的數值分布，缺少力學方程的支持，數值重用困難。本項目擬研究具有物理屬性的動態火焰重建，表現有一定物理可信度的火焰模擬。擬從真實火焰現象的數據採樣出發，挖掘火焰顏色和溫度之間的關係，獲取並重建火焰的密度、溫度等物理數值場，將物理場和視覺重建結合進行三維火焰的重建和編輯，實現具有物理屬性的真實感火焰模擬和編輯。本項目研究為提高真實感模擬的物理可信度提供了一種思路和基礎，適用於虛擬消防訓練、工業溫控和影視特效等具有物理驗證性要求的模擬套用。
結題摘要
通常採取圖形學建模或基於視頻的圖像建模方法獲得的逼真虛擬火焰，主要實現了幾何屬性方面的逼真度，而在體現物理與行為屬性方面，很難得到滿意的結果。本項目圍繞具有多維物理屬性的動態火焰重建技術，研究表現有一定物理可信度的火焰模擬和編輯方法。 通過本項目的研究，搭建了火焰多維物理和幾何屬性採集平台，實現了多視角高動態範圍圖像和物理屬性數據的同步採集與計算，提高了火焰高頻細節特徵的採集精度，形成了典型火焰現象的採集方法與數據集；完成了基於HDR圖像的單一物理數值場重建研究，實現了更加準確的輻射力、單光譜輻射照度、折射率、密度、溫度等物理屬性數據重建，並支持物理與幾何數據的對比分析；完成了火焰多種物理屬性重建的一致性約束研究，實現了既符合採樣數據分布又滿足參數之間物理規律的溫度、密度、折射率聯合重建；在重建火焰幾何特徵的同時重建出多種物理屬性參數的時空分布及變化，實現了基於溫度、體密度、折射率、發射比等物理屬性的動態火焰重建與編輯；完成了幾何與物理重建結果的對比與參數最佳化，實現具有一定物理屬性可驗證性的火焰模擬與火災檢測等數據重用。 通過本項目研究，形成了平台搭建、數據獲取、火焰重建、聯契約束、疊代最佳化、融合驗證、動態編輯等關鍵技術突破，相關成果申請國家發明專利12項，其中4項已授權；在本領域重要期刊和會議上發表相關論文24篇，其中SCI收錄10篇，IEEE Transactions期刊論文3篇，CCF-A類會議論文3篇，會議最佳論文2篇；依託項目培養博士後出站1人，碩博士畢業生10人，支持項目研究骨幹參加學術交流和國際合作交流20餘人次，取得了良好的合作效益。本項目捕獲真實發生火焰的物理屬性數據，以真實物理屬性為基礎進行複雜火焰現象的重現，使虛擬對象具有可對比的真實數據基礎，較好地推動了虛擬與現實之間逼真度問題的研究，並在鍋爐控溫、虛擬消防、火災監控、遊戲娛樂、燃燒相關科學實驗等領域具有較好的市場前景和套用價值。
