國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計劃項目申請書

1、項 目編 號 國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計劃項目申請書填 寫 說 明一、本表要按順序逐項填寫，內(nèi)容要實(shí)事求是，表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)?？杖表椧睢盁o”。要求一律用a4紙雙面打印，于左側(cè)裝訂成冊。 二、申請參加河南師范大學(xué)“國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計劃”項目團(tuán)隊人數(shù)不得超過5人（1人為項目負(fù)責(zé)人，參與合作研究者1-4人），運(yùn)行周期為2年。三、指導(dǎo)教師主持科研項目情況限填兩項；代表性科研成果限填三項，若為論文需按照論文題目、發(fā)表刊物名稱及年、卷、期、頁碼填寫，若為科研成果獎，需按照成果名稱、授獎機(jī)構(gòu)及獲獎等級填寫，若為專利，需按照專利名稱、專利性質(zhì)（國家發(fā)明專利或?qū)嵱眯滦蛯＠?、授?quán)機(jī)構(gòu)填寫。以上成果限第一作者或

2、第一完成人。 四、如填表有不明事宜，請致電咨詢（聯(lián)系電話：3326192）。三、指導(dǎo)教師對申請人的評價（一）對申請人的專業(yè)基礎(chǔ)、工作態(tài)度、學(xué)風(fēng)及研究能力的評價申請人端木利亞同學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識系統(tǒng)扎實(shí)，工作態(tài)度認(rèn)真、負(fù)責(zé)，學(xué)習(xí)認(rèn)真刻苦，成績優(yōu)異，有很強(qiáng)的團(tuán)隊合作意識和組織能力，具有很強(qiáng)的分析解決問題能力和研究能力。（二）對申請課題的價值、研究方案的可行性、工作基礎(chǔ)等方面的評價基于粒子系統(tǒng)的雨景仿真應(yīng)用在軍事，影視，游戲等各種雨景模擬上具有一定的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用價值。研究方案和算法思想具體、清晰、可行；該組成員具有很強(qiáng)的軟件編程能力，具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，有一定科研經(jīng)歷，具備從事此項課題的基礎(chǔ)知識，

3、態(tài)度認(rèn)真、學(xué)習(xí)刻苦、努力上進(jìn)，他們一定能完成該項目。四、 申請人對研究項目簡要說明一、申請理由（包括前期工作基礎(chǔ)及項目成員具備的知識、興趣、已取得的成績及相關(guān)科研經(jīng)歷等）1、前期工作基礎(chǔ)：建立粒子模型；水滴的下落變形、濺射模型；對建筑物、樹木、地面的影響（可選） bargen, bradley, peter donnelly, inside directx.microsoft press, 1998. begault, durand r., 3-d sound for virtual reality and multimedia, academic press, 1994 thompson,

4、nigel, 3d graphics programming for windows, microsoft press, 1996. 胡瑞安, 胡紀(jì)陽, 徐樹公等. 分形的計算機(jī)圖象及其應(yīng)用. 北京:中國鐵道出版社，1995 beginning c+ game programming bymichael dawsonisbn:1592002056 course technology 2004 (335 pages) 韓中庚.數(shù)學(xué)建模方法及其應(yīng)用第二版.解放軍信息工程大學(xué)高等教育出版社. 09年6月 吳建國.數(shù)學(xué)建模案例精編.水利水電出版社.2005年5月2、項目成員的知識、興趣：掌握大學(xué)物理，

5、線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)方法等數(shù)學(xué)性知識；系統(tǒng)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、c+、directx等編程知識。扎實(shí)學(xué)習(xí)了圖形編程技術(shù)基礎(chǔ)，深入研究了算法與數(shù)學(xué)模型的建立，對基于directx的圖形圖像技術(shù)深感興趣，并希望能進(jìn)一步的深入學(xué)習(xí)。3、已取得的成績和相關(guān)科研經(jīng)歷馬原龍同學(xué)組隊參加10年程序設(shè)計大賽；端木利亞同學(xué)參加“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)業(yè)大賽；梁帥同學(xué)參加學(xué)校網(wǎng)頁制作大賽獲得一等獎；李晨陽同學(xué)參加09年國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計劃項目；姚鑫同學(xué)參加09年國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計劃項目。二、選題依據(jù)（包括項目的學(xué)術(shù)價值、應(yīng)用價值、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，并列出主要參考文獻(xiàn)）1項目學(xué)術(shù)價值該項目在粒子系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，提出了建立基于

6、粒子系統(tǒng)的仿真模型，利用高性能的計算機(jī)和計算機(jī)圖形學(xué)的方法，對雨景效果進(jìn)行仿真，具有一定的可控性，使粒子系統(tǒng)、三維標(biāo)量場可視化技術(shù)等理論知識得到深入和完善。這種可視化的研究方法，對于國內(nèi)外雨景仿真的研究者具有一定的參考價值。2. 應(yīng)用價值主要應(yīng)用領(lǐng)域：可應(yīng)用于游戲、影視節(jié)目和軍事訓(xùn)練的場景中，通過動畫來實(shí)現(xiàn)，減少了人力、物力、財力等直接的損失。在現(xiàn)實(shí)生活的下雨研究中，掌握雨滴有高空落到地面的形態(tài)變化，和雨量和風(fēng)速等影響下的土壤變化、小草房屋的變化及莊稼地中的變化規(guī)律，對地質(zhì)、旱澇災(zāi)害的預(yù)測和撲救工作具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。3. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析用計算機(jī)生成真實(shí)感圖形一直是計算機(jī)圖形學(xué)中最具有挑戰(zhàn)

7、性的研究方向之一, 特別是對不規(guī)則模糊物體的模擬十分困難，很難用傳統(tǒng)的解析曲面來描述。過去，國內(nèi)外許多學(xué)者對雨滴下落進(jìn)行了基于分型幾何的建模、基于工細(xì)胞自動機(jī)的建模、基于紋理映射的建模等多方面的研究，基于粒子系統(tǒng)建模方法是迄今為止被認(rèn)為描述不規(guī)則自然景物最為成功的一種生成算法，能夠較好地反映自然界的真實(shí)情況，但目前對物體、場景的仿真技術(shù)還是存在不足之處，真實(shí)感和實(shí)時性需要進(jìn)一步提高。4. 主要參考文獻(xiàn)1 王潤杰,田景全,倪政國.基于粒子系統(tǒng)的實(shí)時雨雨模擬j.系統(tǒng)仿真學(xué)報,2003,15（4）：495496.2 詹榮開,羅世彬等.基于景物特征的粒子系統(tǒng)建模技術(shù)j.計算機(jī)工程與應(yīng)用, 2001,（

8、5）:91-923 peyret r. 流體流動的計算方法m . 蔣伯誠譯1鄭州: 河南 科學(xué)出版社, 19934 begault, durand r.3-d sound for virtual reality and multimediam.academic press. 19945thompson, nigel.3d graphics programming for windows.microsoft press.1996.6 張帆.虛擬場景中的自然景物模擬d.南京理工大學(xué).2006年7石瓊,沈春林,譚皓.基于opengl的三維建模實(shí)現(xiàn)方法.計算機(jī)工程與應(yīng)用g, 2004年18期8barg

9、en, bradley, peter donnelly, inside directx.microsoft press, 1998三、研究方案（包括研究目標(biāo)、研究內(nèi)容、研究方法、實(shí)驗(yàn)方案和技術(shù)路線、可行性分析等）1.研究目標(biāo) 利用微型計算機(jī)實(shí)現(xiàn)可調(diào)控的、逼真的雨景仿真軟件，同時加入風(fēng)速、雨量的影響下雨景的變化狀態(tài)，使得圖像真實(shí)度更高、實(shí)時性更好。2.研究內(nèi)容1）建立基于粒子系統(tǒng)的三維雨景模型；2）根據(jù)實(shí)際存在因素對雨滴下落的流體力學(xué)進(jìn)行簡單分析實(shí)現(xiàn)；3）在不同風(fēng)力影響下雨水的下落狀態(tài)變化研究；4）建立基于粒子系統(tǒng)的各種復(fù)雜景物模型；5）對于系統(tǒng)中的雨粒子與地面等景物的碰撞簡單分析實(shí)現(xiàn)；3.研究

10、方法1）基于流體力學(xué)和粒子系統(tǒng)原理，建立基于粒子系統(tǒng)的三維雨滴、景物模型；2）進(jìn)行3d繪制、渲染技術(shù)方面的深入學(xué)習(xí)，仿真出真實(shí)度高的動態(tài)雨滴降落、碰撞。4.實(shí)驗(yàn)方案和技術(shù)路線1）查閱相關(guān)資料，全面的了解和認(rèn)識粒子系統(tǒng)、directx等基本問題，進(jìn)一步對粒子系統(tǒng)的三維雨滴、場景模型進(jìn)行深刻的理論探討研究；在認(rèn)真理解粒子系統(tǒng)方法繪制自然景物的基礎(chǔ)上，研究粒子從出生、生長、運(yùn)動到死亡的過程中所涉及到的一些關(guān)鍵技術(shù)和問題，包括：粒子的生成、粒子的屬性及其變化、粒子的運(yùn)動、粒子的死亡和粒子的繪制；2）對整個雨滴、景物仿真系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計，系統(tǒng)劃分為三個模塊：粒子系統(tǒng)模塊、粒子模塊和運(yùn)動場模塊；3）利用v

11、c+軟件系統(tǒng)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，在繪制過程中使用紋理映射技術(shù)進(jìn)行場景渲染，動態(tài)生成視點(diǎn)替用特效技術(shù)和混色處理技術(shù)增強(qiáng)真實(shí)感同時又提高仿真的實(shí)時性；4）基于粒子模型，通過控制雨粒子的大小、形狀、密度(數(shù)量)來實(shí)現(xiàn)雨強(qiáng)度的模擬;通過控制雨粒子的運(yùn)動來模擬風(fēng)對雨的影響,并對雨粒子的產(chǎn)生域進(jìn)行了討論,使其滿足視點(diǎn)運(yùn)動的要求。5. 可行性分析基于粒子系統(tǒng)的雨景仿真模型實(shí)際上是對雨天各種大小不一的雨滴進(jìn)行的繪制，因此遵循粒子的基本規(guī)律，而在粒子研究領(lǐng)域，目前的技術(shù)相對穩(wěn)定成熟，可從中獲得借鑒和參考。選用vc+作為編程開發(fā)工具，其內(nèi)部又提供了很多directx的接口函數(shù)，而且實(shí)驗(yàn)證明在繪制3d圖形或動畫時具有良好的

12、運(yùn)算和渲染速度。項目組成員參加過大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”、程序設(shè)計等大賽，具有開發(fā)軟件系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，可以作為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)施的基礎(chǔ)；學(xué)校有電子圖書，可供我們進(jìn)行查閱資料、信息收集；河南師范大學(xué)計算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院創(chuàng)新基地和學(xué)院實(shí)驗(yàn)室為我們提供必要的計算機(jī)設(shè)備，組員可以進(jìn)行系統(tǒng)程序的編寫；指導(dǎo)老師有主持省科技攻關(guān)等項目的經(jīng)驗(yàn)，能指導(dǎo)項目組成員認(rèn)真完成項目，保證了項目及其實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。四、項目的創(chuàng)新點(diǎn)、特色和擬解決的關(guān)鍵問題或技術(shù)1. 創(chuàng)新點(diǎn)構(gòu)建基于粒子系統(tǒng)雨滴仿真模型，應(yīng)用directx開放型圖形庫對雨滴、景物進(jìn)行仿真。能夠利用微型計算機(jī)就能將現(xiàn)實(shí)與虛擬結(jié)合起來，對雨滴、景物進(jìn)行完美仿真。同時可以調(diào)控風(fēng)速、雨

13、量，實(shí)現(xiàn)交互式設(shè)計。2. 特色該項目是粒子系統(tǒng)與模糊物體的結(jié)合，是計算機(jī)科學(xué)與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的融合，一方面能夠極大促進(jìn)了粒子系統(tǒng)理論研究，另外在仿真領(lǐng)域取得新的突破。3. 關(guān)鍵技術(shù)第一、在基于粒子系統(tǒng)的三維雨滴建模；第二、景物模擬中粒子系統(tǒng)模塊、粒子模塊、紋理映射模塊和運(yùn)動場四個功能模塊的建立；第三、在繪制過程中的紋理映射技術(shù)、動態(tài)生成視點(diǎn)替用特效技術(shù)和處理技術(shù)；第四、檢測雨滴粒子碰撞，及時刪掉消亡粒子，提高系統(tǒng)效率；第五、采用sph方法進(jìn)行粒子系統(tǒng)模擬，并用vc+編程實(shí)現(xiàn)；第六、后期的繪制、渲染、檢測及維護(hù)。五、項目進(jìn)度安排（查閱資料、選題、設(shè)計項目研究方案、開題報告、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理與分

14、析、研制開發(fā)、撰寫研究論文和總結(jié)報告和成果推廣等）2010年7月1日-2010年8月20日 查閱資料2010年8月21日-2010年8月31日 選題2010年9月1日-2010年10月10日 設(shè)計項目研究方案2010年10月11日-2010年11月10日 開題報告2010年11月11日-2011年3月31日 實(shí)驗(yàn)研究2011年4月1日-2011年6月30日 數(shù)據(jù)統(tǒng)計2011年9月1日-2011年11月30日 處理與分析2011年12月1日-2012年5月31日 研制開發(fā)2012年6月1日-2012年7月31日 撰寫研究論文2012年8月1日-2012年8月31日 總結(jié)報告2012年9月1日-2012年10月31日 成果推廣六、擬利用資源（科研教學(xué)設(shè)施、儀器設(shè)備、資料等）1、微型電子計算機(jī)；2、相關(guān)書籍；3、網(wǎng)絡(luò)資源。七、經(jīng)費(fèi)使用計劃序號支出項目及理由金額（元）1高性能圖形服務(wù)器一臺50002資料合作交流30003論文發(fā)表費(fèi)、會務(wù)費(fèi)20004上機(jī)、網(wǎng)絡(luò)費(fèi)1000合 計11000八、項目預(yù)期成果（研究論文、專著、調(diào)研報告、專利、計算機(jī)軟件、研制產(chǎn)品等）1、在學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文2篇；2、利用微型計算機(jī)仿真出真實(shí)度更高，實(shí)時性更好的3d動態(tài)雨景。九、誠信承諾 本項目全體成員鄭重承諾，該項目研究將遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，恪守學(xué)術(shù)規(guī)范，