基于GPU元球造型的水滴模擬.pdf

1、在虛擬場景中模擬真實世界的水體的運動是目前圖形學中最有挑戰(zhàn)的課題之一。水體擁有不斷變化的運動特性和內(nèi)在復雜的物理特性,這些特性吸引了大量的圖形算法開發(fā)人員的注意。但是大部分研究者的精力主要集中在大規(guī)模水體的模擬,例如海洋,波浪等,大量的工作花費在水體整體運動和水體表面起伏規(guī)律的渲染,而相反對小規(guī)模水體,例如水滴,的內(nèi)部特性和運動規(guī)律的探索不足。真實的水滴動畫模擬是圖形模擬研究課題中一個重要的領域,它對渲染真實自然環(huán)境有重要的意義。

2、>　　 本文在分析了現(xiàn)有的水滴模擬算法的基礎上,結(jié)合Metaball元球造型模型,針對水滴本身的物理特性、多水滴融合時重疊部分的不完善等問題,改進了原來的Metaball的數(shù)學模型,提出了一種更適用于邊界模糊物體的造型模型。此模型對多個渲染對象的重疊處的勢函數(shù)進行了加權(quán)處理,解決了多個對象在疊加處的失真現(xiàn)象;在運動模擬方面,由于每個水滴的物理運動的獨立性,所以采用粒子技術(shù)作為每個水滴的屬性載體,并借助粒子系統(tǒng)來管理場景中所有的水滴運動

3、,同時為了保證渲染的實時性和適用性,加入了凹凸紋理技術(shù)來優(yōu)化模擬接觸面的物理復雜性;在圖形渲染方面,本文選擇了Fresnel光照模型并通過經(jīng)驗模型優(yōu)化處理,達到了不錯的光照效果。
　　 在實現(xiàn)上,由于GPU并行處理的優(yōu)勢和先天的圖形加速計算,主要采用可編程硬件高級著色語言HLSL編寫Vertex Shader和Pixel Shader來實現(xiàn)。通過GPU三層渲染算法,實現(xiàn)了基于改進的Metaball模型的圖像混合渲染,并利用水滴元