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基于粒子系统的火焰和烟花实时模拟技术研究

作　者: 高秀亭
导　师: 马小虎
学　校: 苏州大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 粒子系统 纹理映射 火焰模拟 烟花模拟
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


自然景物的模拟一直是计算机图形学研究的热点之一,在气象预报、科学计算的可视化模拟、3D游戏等方面有着广泛的应用。不规则自然景物的模拟是自然景物模拟中的一个重要内容。由于自然景物运动过程的随机性和形状细节的多变性,模拟方法上十分复杂。粒子系统是不规则景物模拟中的一种方法,但是传统粒子系统数据量大、计算复杂,渲染速度低,且逼真度不高。为了提高不规则景物模拟的速度和逼真程度,本文在将结构化粒子系统和多重纹理方面进行了研究。本文所做的主要研究工作和结果如下:1.对基于粒子系统不规则景物模拟的基本原理进行研究,并对通用粒子系统的结构进行改进。对渲染过程中粒子的生成、粒子更新、粒子绘制、粒子消亡等多个步骤进行优化。系统地研究了纹理映射技术、层次结构优化技术、混合混色技术,并将其运用不规则景物模拟中。2.提出一种基于改进粒子系统的新火焰模拟方法。首先该方法从火焰运动的热力学模型开始分析,利用结构化粒子系统来模拟不同时期、不同区域的火焰细节。然后在火焰渲染方面还引入多重纹理的方法。区别于传统的单纹理映射方法,多重纹理映射方法中纹理片存储更多的粒子属性信息,能改善火焰升腾过程中的视觉真实感,提高计算机渲染速度。最后研究了复杂场景(诸如风力、空气阻力等因素)下火焰的运动特征,结合运动场的原理简化了复杂场景下的模拟难度。3.在分析烟花燃放的功能需求,系统总结常见的多种烟花燃放形状和燃放特效后,提出一种新的烟花模拟算法。该算法利用烟花的运动特性改进粒子系统的通用结构,重点针对具体的牡丹型烟花、椰树型烟花和诸如拖尾、闪烁、多层等烟花特效从数学模型和算法优化上进行改进,增强烟花的模拟效果。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 景物模拟技术分类  10-11
    1.2.2 基于粒子系统的不规则景物模拟  11-12
  1.3 本文的研究内容  12-13
  1.4 本文的组织形式  13-14
第二章 粒子系统相关技术  14-26
  2.1 粒子系统理论  14-15
  2.2 粒子系统优缺点  15-17
  2.3 粒子系统的基本模型  17-21
    2.3.1 粒子的生成  17
    2.3.2 粒子的属性  17-18
    2.3.3 粒子的运动  18-20
    2.3.4 粒子的消亡  20
    2.3.5 粒子的绘制  20-21
  2.4 OpenGL 相关知识简介  21-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章 基于粒子系统的火焰绘制  26-40
  3.1 火焰模拟算法简介  26-29
    3.1.1 传统的火焰模拟算法  26-28
    3.1.2 本章的相关改进算法  28-29
  3.2 火焰粒子的运动  29-31
  3.3 火焰运动场描述  31-32
  3.4 火焰粒子的绘制  32-35
    3.4.1 纹理片选择  32-33
    3.4.2 多重纹理片的选择  33-34
    3.4.3 布告板技术  34-35
  3.5 火焰算法实现过程  35-38
    3.5.1 粒子系统数据结构  35-36
    3.5.2 粒子系统流程  36-38
  3.6 实验结果与分析比较  38-39
    3.6.1 软硬件配置  38
    3.6.2 实验结果与分析  38-39
  3.7 本章小结  39-40
第四章 基于粒子系统的烟花绘制  40-57
  4.1 烟花类型简介  40-42
  4.2 不同形状的烟花模拟  42-48
    4.2.1 牡丹类型烟花  42-45
    4.2.2 基于牡丹型的改进烟花  45-46
    4.2.3 其他类型烟花的改进  46-48
  4.3 不同特效的烟花模拟  48-54
    4.3.1 闪烁效果  48-49
    4.3.2 变色多层效果  49-50
    4.3.3 拖尾效果  50-51
    4.3.4 改进的千轮效果  51-54
  4.4 算法流程与实验结果  54-56
    4.4.1 算法流程  54
    4.4.2 实验结果  54-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章 总结与展望  57-59
  5.1 总结  57
  5.2 展望  57-59
参考文献  59-64
攻读硕士学位期间发表的论文  64-65
致谢  65-66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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