基于粒子系統(tǒng)的火焰和煙花實(shí)時(shí)模擬技術(shù)研究.pdf

1、自然景物的模擬一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，在氣象預(yù)報(bào)、科學(xué)計(jì)算的可視化模擬、3D游戲等方面有著廣泛的應(yīng)用。不規(guī)則自然景物的模擬是自然景物模擬中的一個(gè)重要內(nèi)容。由于自然景物運(yùn)動(dòng)過程的隨機(jī)性和形狀細(xì)節(jié)的多變性，模擬方法上十分復(fù)雜。粒子系統(tǒng)是不規(guī)則景物模擬中的一種方法，但是傳統(tǒng)粒子系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大、計(jì)算復(fù)雜，渲染速度低，且逼真度不高。為了提高不規(guī)則景物模擬的速度和逼真程度，本文在將結(jié)構(gòu)化粒子系統(tǒng)和多重紋理方面進(jìn)行了研究。本文所做的主要研究工

2、作和結(jié)果如下：
　　 1.對(duì)基于粒子系統(tǒng)不規(guī)則景物模擬的基本原理進(jìn)行研究，并對(duì)通用粒子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)渲染過程中粒子的生成、粒子更新、粒子繪制、粒子消亡等多個(gè)步驟進(jìn)行優(yōu)化。系統(tǒng)地研究了紋理映射技術(shù)、層次結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、混合混色技術(shù)，并將其運(yùn)用不規(guī)則景物模擬中。
　　 2.提出一種基于改進(jìn)粒子系統(tǒng)的新火焰模擬方法。首先該方法從火焰運(yùn)動(dòng)的熱力學(xué)模型開始分析，利用結(jié)構(gòu)化粒子系統(tǒng)來模擬不同時(shí)期、不同區(qū)域的火焰細(xì)節(jié)。然后在火焰

3、渲染方面還引入多重紋理的方法。區(qū)別于傳統(tǒng)的單紋理映射方法，多重紋理映射方法中紋理片存儲(chǔ)更多的粒子屬性信息，能改善火焰升騰過程中的視覺真實(shí)感，提高計(jì)算機(jī)渲染速度。最后研究了復(fù)雜場景(諸如風(fēng)力、空氣阻力等因素)下火焰的運(yùn)動(dòng)特征，結(jié)合運(yùn)動(dòng)場的原理簡化了復(fù)雜場景下的模擬難度。
　　 3.在分析煙花燃放的功能需求，系統(tǒng)總結(jié)常見的多種煙花燃放形狀和燃放特效后，提出一種新的煙花模擬算法。該算法利用煙花的運(yùn)動(dòng)特性改進(jìn)粒子系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)針對(duì)