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基于GPU的实时大理石纹理仿真

陈韶椿  
【摘要】:大理石纹釉是一项长久以来受全世界人民所喜爱的手工艺技术。其制作流程的基本特征是,对悬浮在基底液表层的颜料的流动方式进行操纵,然后将得到的图案转移到纸或其他具有吸纳性质的材料上进行保存。对传统的工艺手段来说,设计过程和最终结果的质量都在很大程度上受到各种物理条件的限制。 本文对大理石纹釉的制作原理进行了深入探索,并详细地解析了如何运用计算机来自动模拟这门传统艺术。仿真的主体部分是建立在真实大理石纹釉工艺的物理模型的基础上,即二维流体动力学仿真。在多栅解法器的辅助下用数值方法解Navier-Stokes方程,得到了一个二维流场,而色彩在该流场中的水平对流就产生了错综复杂的图案。附加的图像锐化方案则使得最终的艺术作品更加明亮和精致。由于大量利用了现代图形硬件GPU所包含的优秀并行性能,本文实现了一个真正实时的交互式设计系统,为用户提供了一种能够自由定制制图工具,并在反复尝试中寻求最佳设计的虚拟环境。由本系统生成的大理石纹理图案具有无缝拼贴的属性,因此能够直接被用于装饰三维对象以及绘制场景。


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