● 摘要
真实感建模技术一直是计算机图形学领域的研究重点，在虚拟现实环境中对于烟、水等复杂自然现象的建模是非常吸引人的。多年以来，对于烟等流体数据的建模主要通过基于物理的仿真建模方法或者基于采集的数据驱动建模方法，但建立的模型在应用上有着一定的局限性，为了满足流体数据和应用场景多样性的需求，对已有的烟模型数据进行可视、分析、编辑、重用的研究，已经成为了计算机图形学和视觉领域的一个研究热点。
本课题来源于国家自然科学基金项目“动态参与介质建模技术研究（61272348）”，针对烟模型数据，展开了烟模型空间和时间编辑技术的研究，主要研究成果如下：
实现了一种基于双层定点迭代计算的烟模型速度场计算方法。在建模阶段，以经典光流模型为基础，建立烟模型的速度场计算模型，其中使用全局灰度一致性和区域平滑性限制作为主要约束条件。在计算阶段，使用双层定点迭代计算方法，将速度场计算模型转化为线性求解问题，使用由粗到细的多尺度计算来提高全局计算精度，得到高分辨率的烟模型速度场结果。
实现了一种基于流线变形的烟模型空间编辑方法。通过对烟模型速度场进行流线可视化，生成代表烟模型数据运动特征的流线；将交互的编辑路径生成为编辑后数据的流线；根据这两组流线作为参照约束条件，进行空间变形模型的建立与求解，最后通过空间变形模型计算得到空间编辑结果。
实现了一种基于有向图的烟模型时间编辑算法。根据烟模型建立有向图，使用有向图来建立烟模型信息的时间和空间联系，用顶点序列来代替数据序列，用边表示顶点数据之间的关系。根据烟模型有向图，生成满足时间编辑要求的烟模型数据，即从已有的有向图数据中，通过有约束条件的随机漫步方法，得到满足时间需求的烟模型编辑数据。
设计并实现了烟模型运动编辑工具。本工具主要实现了烟模型速度场求解以及烟模型的时间和空间编辑的功能。