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基于maya平台粒子系统实现星系动画模拟

作　者: 蔡艳
导　师: 林迅；杨旭波
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 三维动画粒子系统星系特效
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 93次
引　用: 2次
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内容摘要

粒子系统主要运用于实现复杂图形效果,应该归为计算机图形学里面,今年来大量运用于电影、动画、游戏中的特殊效果,如喷射的火焰,流通的水流,飘散在空气中的雾,甚至角色走过的灰尘,海洋等,由于粒子系统的即时演算性,所以在效果和真实性上大大优于用图片合成,但也会带来大量的运算量。本文案例的构思来源于05年制作的《地球的诞生》科普动画片。动画片的内容讲述了地球诞生的过程。片中运用了大量的星系和星云特效。其中着重描述了地球诞生过程的天文学知识。通过maya粒子系统中粒子替代技术漩涡场及粒子碰撞模拟了由大量陨石碰撞而产生地球的全过程。但在宇宙中星系的产生、演化,星系之间的碰撞合并过程的模拟则要复杂的多。由于星系的形状各异,星系在密近交会、碰撞和并合的过程中会出现一些剧烈的或特殊的物理过程。模拟的一个关键问题是恒星彼此的碰撞,由此会导致一系列后果,如X射线双星、毫秒脉冲星、蓝离散星、超大质量恒星,星爆星系等。表面往往含有丰富的细节,很难用传统的解析曲面来描述。碰撞过程密度涨落。密度涨落的生长,特别是后期生长,有着很强的非线性。由于其中的过程复杂,计算机模拟几乎是进行理论验证与模拟的不二法门。本文针对星系的形成、结构和演化特别是星系的碰撞及合并自然外观和运动规律进行深入的研究。基于maya平台粒子系统实现星系动画模拟。本文主要基于动力学原理针对三维制作软件Maya平台的Dynamics System模块模拟星系的运动轨迹的方法进行深入的研究。论文主要工作和研究成果如下: 1、主要研究了Maya粒子系统创建星系的基本理论及绘制画面的关键步骤,探讨了其中存在的问题和局限性。2、通过分析漩涡星系的外观特征运动轨迹及两个漩涡星系碰撞、融合、吞噬的动力学原理,建立场、粒子表达式、自定义属性,改变相互关联的变量值模拟真实的效果。模拟自然界漩涡星系碰撞、融合、吞噬的最后形成椭圆星系的过程。3、最后把这些属性通过编写mel插件集中到一组控制中,随时调用到需要的场景中,从而在生产制作中提高工作的效率。实验证明最后渲染结果模拟星系的运动和外观效果真实。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-17
  1.1 项目研究的技术背景  11
  1.2 研究的目标和研究内容  11-12
  1.3 三维及影视技术简介  12-15
  1.4 MEL（Maya Embedded Language）概述  15-17
2 星系粒子系统的理论基础  17-23
  2.1 粒子系统基本原理  17-18
  2.2 粒子系统的形式描述  18
  2.3 生成粒子系统的基本步骤  18-19
  2.4 粒子的产生  19-20
  2.5 粒子的属性  20-21
  2.6 粒子的运动状态  21
  2.7 粒子的消亡  21-22
  2.8 粒子的绘制  22-23
3 星系建模及单星系运动模拟  23-40
  3.1 案例背景  23-27
    3.1.1 设计构思  23
    3.1.2 基于相似关系的结构化粒子系统  23-27
    3.1.3 算法框架  27
  3.2 星系模型的建立  27-35
    3.2.1 星系类别、外观特征  27-31
    3.2.2 星系初始模型的建立  31-35
  3.3 单个星系的运动模拟  35-40
    3.3.1 常见的粒子运动模型  36-37
    3.3.2 星系粒子的运动轨迹  37
    3.3.3 漩涡星系的运动模拟  37-38
    3.3.4 漩涡星系的生存期  38-40
4 星系碰撞效果的模拟  40-63
  4.1 星系碰撞模型分析  41-42
  4.2 星系粒子的碰撞  42-60
    4.2.1 星系粒碰撞子的数值模拟  42-51
    4.2.2 星系粒子的碰撞检测  51-55
    4.2.3 场  55-60
  4.3 星系粒子的消亡  60
  4.4 星系粒子的绘制  60-61
  4.5 星系粒子的渲染  61-63
5 星系碰撞效果Mel 插件的设计与编写  63-67
  5.1 用户图形界面（Graphic User Interface）的设计  63-65
  5.2 功能模块  65-66
  5.3 安装Mel 脚本  66-67
6 总结和研究展望  67-69
  6.1 总结  67
  6.2 研究展望  67-69
参考文献  69-71
致谢  71-72
攻读学位期间发表的学术论文目录  72-73

基于maya平台粒子系统实现星系动画模拟

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