23、实时可视化雪景及共享窗口系统的研究与实现

实时可视化雪景及共享窗口系统的研究与实现

在计算机图形学和并行计算领域，雪景的实时可视化以及并行应用的协作、可视化和监控是两个重要的研究方向。本文将介绍雪景实时可视化模型的构建和优化，以及共享窗口系统在并行应用中的应用和性能评估。

雪景实时可视化模型

1. 相关技术概述

在雪景可视化方面，有多种技术可供选择。对于风的模拟，主要有计算流体动力学（CFD）和格子玻尔兹曼模型（LBM）两种方法。CFD基于简化纳维 - 斯托克斯方程（NSE），使其适用于流体模拟。已有许多工作致力于此，如文献中提出的求解NSE的数值有限差分方案，以及对该方案的改进和数值耗散补偿方法。LBM则基于格子气自动机的概念，相关文献对其进行了详细讨论，并提出了利用GPU实现实时性能的方法。

在积雪可视化方面，根据所需计算资源和建模者预先放置雪的工作量，可分为不同方法。最常见的是使用带有雪图案的纹理使物体看起来像被雪覆盖，但这种方法不够真实，仅适用于少量雪的情况，且需要大量手动工作。还有利用GPU硬件加速功能生成积雪纹理的方法，以及在可积雪表面放置高度矩阵来存储雪深的方法，这两种方法都能实现实时渲染。对于非实时渲染方法，有的能在场景中生成厚雪毯，考虑了雪崩等高级特征；还有的利用流体模拟计算积雪受风力的影响。

在并行计算用于雪景模拟的文献较少，曾有使用CM - 2超级计算机模拟粒子系统，以及对无条件稳定的流体模拟进行并行化的工作。基于相关算法的烟雾可视化并行优化算法也有研究，其并行化技术可用于风的模拟。

2. 雪景模型构建

我们的实时雪景可视化模型由三个主要组件组成：飘落的雪、风的模拟和积雪的积累。这些组件基于以往的已知理论，适用于