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三维火焰仿真模型的研究与实现

作　者: 盛小勇
导　师: 房爱莲
学　校: 华东师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 火焰模拟 视频合成 纹理映射 粒子系统
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 182次
引　用: 2次
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内容摘要


自然景物模拟在计算机图形学占有非常重要的地位,而且自然景观的三维模拟在电脑游戏、电影特效、虚拟现实等领域中使用得越来越频繁。虚拟模拟常用的方法有分形几何方法、纹理映射方法、粒子系统方法。火焰模拟是自然景物模拟的重要研究内容之一。本文从视频纹理、粒子系统两种方法来实现真实火焰的模拟,提出怎样从几段火焰视频合成视频纹理,怎样从火焰视频纹理来构建三维火焰模型;同时对火焰粒子系统的粒子做了运动分析,简化粒子受力状态,建立火焰粒子数据结构,并初始化粒子属性。最后对两种方法的仿真效果进行比较和总结。视频纹理是近几年提出的介于图像与视频之间的新型媒体,既具有图像的真实性,又有视频的动态性。本文应用视频纹理的思想,对一个真实火焰场景从八个不同角度同时拍摄视频样本,对这些样本进行分析和处理,合成八段无限连续的火焰视频纹理,然后将这些视频纹理映射到柱体上,实现三维效果。粒子系统是模拟复杂的、运动的、不规则物体非常有效的仿真技术。本文通过对火焰外观运动的分析,简化火焰粒子的受力作用,只考虑火焰颜色变化和摇曳摆动,建立火焰粒子数据结构,初始化火焰粒子属性,然后根据每帧火焰粒子运动状态属性,进行绘制。最后两种建模方法的仿真实验结果分析,从真实感、实时性、交互性方面进行比较。

全文目录


摘要  7-8
ABSTRACT  8-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
  1.3 本文研究内容及创新  14-15
  1.4 论文的组织结构  15-17
第2章 自然景物建模理论综述  17-31
  2.1 基于分行几何的建模  17-19
    2.1.1 分形的基本概念  17-18
    2.1.2 产生分形的主要方法  18-19
  2.2 基于纹理合成的建模  19-22
    2.2.1 纹理合成方法分类  19-21
    2.2.2 动态纹理  21-22
  2.3 基于视频纹理的建模  22-26
    2.3.1 寻找跳转帧  23-24
    2.3.2 保证视频动态一致性  24-25
    2.3.3 全局考虑帧间差异矩阵  25
    2.3.4 跳转帧裁剪  25-26
  2.4 基于粒子系统的建模  26-29
    2.4.1 粒子系统模型的形式描述  26-27
    2.4.2 粒子系统基本模型  27-28
    2.4.3 粒子系统的优缺点  28-29
  2.5 本章小结  29-31
第3章 基于视频纹理的火焰仿真实验  31-46
  3.1 实验设计概述  31-32
    3.1.1 开发环境和平台  31
    3.1.2 实验目标  31-32
    3.1.3 实验模块设计  32
  3.2 火焰视频帧序列重建  32-36
    3.2.1 火焰数据采集  33
    3.2.2 视频帧序列重建  33-34
    3.2.3 绘制火焰视频序列  34-36
  3.3 火焰视频纹理编辑  36-42
    3.3.1 边缘检测提取火焰轮廓  36-37
    3.3.2 求取火焰中心轴线  37-38
    3.3.3 火焰蔓延算法  38-41
    3.3.4 风吹火焰效果  41-42
  3.4 三维火焰生成  42-46
    3.4.1 火焰视频纹理映射  42-44
    3.4.2 三维火焰仿真效果  44-46
第4章 基于粒子系统的火焰仿真实验  46-56
  4.1 实验设计概述  46-47
    4.1.1 开发环境和平台  46
    4.1.2 实验目标  46
    4.1.3 实验总体设计  46-47
  4.2 火焰粒子系统模型  47-51
    4.2.1 火焰粒子力学分析  47-50
    4.2.2 火焰粒子属性  50-51
  4.3 火焰粒子设计  51-56
    4.3.1 火焰粒子设计  51-52
    4.3.2 火焰粒子绘制  52-54
    4.3.3 三维场景应用  54-56
第5章 火焰仿真实验结果分析  56-61
  5.1 模拟效果真实感比较  56-57
  5.2 模拟效果实时性比较  57-59
  5.3 模拟效果交互性比较  59-61
结束语  61-62
参考文献  62-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间参加的科研任务和成果  65

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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） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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