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粒子系统及在虚拟雪景中的应用

薛菲  
【摘要】:在日常生活中,不规则物体是一类比较特殊的物体,它们没有固定的外观形状,人们可以很容易的指认这些物体,却总是不能准确地给出这些物体的统一定义,因此不规则物体模拟是计算机图形学中的难点和热点,不规则物体模拟技术的进步对计算机图形学的发展,计算机动画技术的发展均具有重大的意义。目前,己经出现了多种不规则物体模拟技术,其中粒子系统被认为是一种比较成功的方法,受到了广泛的关注和研究。 本文使用粒子系统和OpenGL可视化技术对比较有代表性的不规则物体——雪花降落进行了模拟,主要做了以下工作: 对现有不规则物体模拟技术和现状进行了分析陈述,研究了粒子系统的基本思想和方法,详细归纳和总结了生成粒子系统的方法,介绍了使用OpenGL实现可视化的一些关键技术。 雪花飘落过程中受到重力、空气阻力以及风力的作用,运动情况非常复杂。本文基于动力学原理建立了雪花飘落的简化运动模型,提出了简化粒子发射器和碰撞检测方法,并对风力模型作了近似,模拟了雪花粒子在风力作用下飞溅方向的任意性,在保证仿真效果的基础上提高了运算速度。 为了使模拟效果更加真实,本文以视觉模拟效果为出发点,在OpenGL技术基础上,基于粒子系统的原理,使用纹理映射,混色功能等技术构造了飘雪粒子的基本形态,给出了绘制、渲染雪花纷飞的动态模拟场景的方法和步骤,实现了模拟结果的可视化,提高了模拟结果的逼真度,取得了预期的模拟效果。 基于上述算法和方法,构建了虚拟飘雪场景特效系统的系统框架,给出了飘雪场景特效系统的模块划分,设计并实现了一个飘雪场景特效系统。系统的实验结果和分析表明,所实现的算法能满足虚拟飘雪场景真实性和实时性的要求。


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