基于粒子系統(tǒng)的多類不規(guī)則物體組合場景仿真.pdf

1、隨著社會現(xiàn)代化程度的不斷提高，計算機動畫仿真技術(shù)的應(yīng)用需求也越來越大，在計算機游戲、動畫以及影視廣告領(lǐng)域中都有仿真技術(shù)的身影。而自然景物諸如海浪、云、煙、火焰、雨雪的虛擬模擬，因其運動的不規(guī)則性和動態(tài)性，成為計算機圖形模擬中的難點問題。粒子系統(tǒng)作為模擬不規(guī)則物體運動的優(yōu)秀算法，自Reeves W.T于1983年首次提出以來，國內(nèi)外專家對其做了許多研究改進，并成功模擬出許多不規(guī)則模糊物體的運動。
　　本文首先介紹了粒子系統(tǒng)的基本思想

2、理論以及OpenGL圖形程序接口，結(jié)合面向?qū)ο蟮腃++語言，建立了粒子系統(tǒng)的過程模型類，分析降雪的物理運動過程，建立雪粒子系統(tǒng)的三維模型，并簡化雪花下降過程中的運動模型，省去對速度的實時每幀控制，通過控制雪粒子位移來模擬受風(fēng)力影響的實際宏觀降雪雪景，在不影響模擬真實性的情況下提高了模擬的實時性，同時通過參數(shù)控制實現(xiàn)風(fēng)力強弱的影響效果和大雪小雪的景觀控制，并在笛卡爾三維坐標(biāo)系的Z軸上引入指數(shù)函數(shù)F=ex作為控制粒子大小的數(shù)學(xué)函數(shù)模型，使雪

3、粒子滿足近大遠(yuǎn)小的透視投影視點效果，具有三維景觀效果，最后結(jié)合OpenGL圖形接口對降雪場景進行渲染，成功地實現(xiàn)了降雪雪景的動態(tài)模擬，對三維降雪場景的成功模擬體現(xiàn)了粒子系統(tǒng)的強大應(yīng)用性，也體現(xiàn)出OpenGL在模擬三維動畫中強大的渲染效果。
　　目前，大多數(shù)利用粒子系統(tǒng)進行不規(guī)則物體的模擬都是針對某一種物體的，本文在基于粒子系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)上，進一步做了相關(guān)實驗，模擬同屏多類不規(guī)則物體，通過這樣的組合創(chuàng)造出更具現(xiàn)實意義的場景仿真，豐富

4、模擬效果。雪是大氣中的水蒸氣因氣溫過低而凝結(jié)成的，在實際天氣情況中，降雪天氣通常還伴隨著雨水，雨夾雪的天氣是比較常見的。本文在三維降雪仿真實驗的基礎(chǔ)上，模擬了雨夾雪的天氣情況，同時也能對雨雪場景中的風(fēng)力場進行自主設(shè)置。
　　在降雪天氣常出現(xiàn)的冬季，還有一個重要的節(jié)日——春節(jié)，在雪景中燃放煙花的場景顯然更加具有現(xiàn)實意義。煙花在空中爆炸散開出一個個的小煙花，小煙花向四周圍散去綻放出一定的形狀圖案，在夜晚浪漫的雪景襯托下，顯得更加美麗。

5、爆炸后產(chǎn)生的小煙花不斷燃燒運動，小煙花的大小、速度、加速度、位置動態(tài)隨機變化，最后消失在夜空中，這一過程契合粒子系統(tǒng)的基本思想理論，通過函數(shù)方程模型可以控制小煙花的運動軌跡，使得小煙花綻放出指定的函數(shù)圖形圖案。利用OpenGL強大的渲染功能，如顏色混合、紋理映射等技術(shù)，可以渲染繪制出漂亮的煙花。在雪景下綻放的煙花場景，在影視作品和游戲動畫中都有著廣泛的應(yīng)用前景。同時，本文基于面向?qū)ο蟮睦^承思想對粒子系統(tǒng)理論建立過程抽象基類，根據(jù)要模擬的