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基于粒子系统的雪景模拟

作　者: 任琛琛
导　师: 郑延斌
学　校: 河南师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 粒子系统雪花运动碰撞检测绘制
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 19次
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内容摘要

大自然中的诸多景象如云、雪、烟等不是简单的可以用数字化表示的,这些自然景物运动规律时刻都在变化,形状、颜色等属性也会随着运动规律的变化而变化。随着图形学的发展和游戏产业的需求日益提高,不仅对模拟显示画面的真实感有了更高的要求,作为虚拟现实的一部分,景物与环境间交互作用的研究也是很重要的,如何有效、实时地模拟自然景物是图形学研究的关键。雪景是人们广为熟知的一种自然景象,在影视特效、电视广告、电子游戏中有着不可或缺的地位,尤其是在雪灾的预防中,雪景的模拟有着积极的意义。雪景作为自然场景的一部分,得到了越来越多的学者的青睐和研究。现有模拟雪景的方法不是以牺牲实时性为代价就是以牺牲逼真性为代价,为了实现雪景模拟真实性与实时性的统一取得较为理想的结果,本文提出了基于粒子系统和物理模型的动态雪景模拟算法,在保证系统实时性的情况下实现更为逼真的雪景模拟。(1)建立雪粒子系统模型。在粒子系统运行原理基础上,结合雪花本身特点完成雪粒子系统的分析和实现过程,包括雪粒子各属性的研究和相关属性更新方法等。采用纹理映射技术和公告板技术优化、完善雪粒子的绘制工作,实现了基于公告板的雪花绘制,并提出了重置死亡粒子的方法。(2)设计了灵活的雪花物理运动模型。本文考虑了重力、浮力、向心力等对降雪的影响,在分析了外力影响下雪花飘落的运动规律后构造出其运动方程,并把向心力作为可供选项随机赋予粒子,随力场的改变实时地更新雪花的速度、位置数据,解决了粒子下落过程中运动轨迹单一的问题,体现出自然界中雪花降落来回摇曳、飘忽不定的运动特性。(3)设计了雪花的碰撞检测模块。分析了雪花碰撞的两种情况并提出了每种情况下雪花碰撞后的速度和位置更新方法,通过位置和速度的改变表现出雪花与其他虚拟物体之间发生的碰撞关系。(4)提出了将高度作为雪堆积的依据,通过场景中物体高度的变化量绘制雪的堆积,并用概率的方法衡量某处的堆积是否稳定。最后,对模拟系统的实时性优化方法做了讨论,并利用OpenGL提供的渲染功能完成了实时性保证下的真实感雪景的模拟。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题研究背景与意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
  1.3 本文研究内容  13-14
  1.4 本文的组织结构  14-16
第二章粒子系统  16-24
  2.1 粒子系统的发展和应用  16-18
  2.2 粒子系统实现原理  18-19
  2.3 粒子系统模型  19-22
  2.4 本章小结  22-24
第三章雪花绘制  24-38
  3.1 雪花建模  24-28
    3.1.1 数据结构建立  24-25
    3.1.2 雪粒子的生成  25-27
    3.1.3 雪粒子寿命  27
    3.1.4 重置死亡粒子  27
    3.1.5 雪粒子的数量  27-28
  3.2 OpenGL 概述  28-30
    3.2.1 OpenGL 运用  29-30
  3.3 纹理映射技术  30-33
    3.3.1 纹理映射的工程实现  32-33
  3.4 公告板技术（BillBoarding）  33-36
  3.5 本章小结  36-38
第四章雪花运动模型  38-48
  4.1 雪花受力分析  38-40
    4.1.1 运动场的实现  39-40
  4.2 雪花运动分析  40-41
  4.3 粒子碰撞检测  41-44
  4.4 积雪  44-46
  4.5 算法小结  46
  4.6 本章小结  46-48
第五章系统的渲染与功能设计  48-56
  5.1 环境设置  48
  5.2 显示列表  48-50
    5.2.1 显示列表的优化作用  48-50
  5.3 融合  50
  5.4 系统功能设计  50-52
  5.5 仿真  52-54
  5.6 本章小结  54-56
第六章总结与展望  56-60
  6.1 本文工作总结  56-57
  6.2 未来展望  57-60
参考文献  60-64
致谢  64-66
攻读学位期间的科研成果  66-67

基于粒子系统的雪景模拟

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