基于物理的植物與火焰交互過程的模擬和可視化繪制.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計算機(jī)圖形學(xué)的快速發(fā)展，利用計算機(jī)構(gòu)建虛擬自然環(huán)境已在景觀設(shè)計、自然災(zāi)害的預(yù)防、影視游戲、植物生長發(fā)育規(guī)律等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。能否逼真模擬植物與周圍環(huán)境的交互過程，直接影響整個虛擬場景的視覺效果，進(jìn)而影響相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展程度。因此，植物與環(huán)境交互的可視化模擬具有重要意義和現(xiàn)實(shí)價值。
　　目前，植物與火焰的交互研究主要側(cè)重于森林大場景燃燒的可視化模擬，而對于單株植物與火焰交互的細(xì)節(jié)描述的研究則較少。針對這種現(xiàn)狀，本

2、文提出一種基于物理的植物燃燒過程可視化建模解決方案。
　　1.分別建立植物模型和火焰模型。首先，對現(xiàn)有的樹的建模方法進(jìn)行分析，基于樹枝節(jié)點(diǎn)關(guān)系建立了植物模型。其次，利用粒子系統(tǒng)對火焰進(jìn)行建模，在算法中引入Billboard技術(shù)，用多邊形面片來代替點(diǎn)光源繪制粒子，以減少每幀畫面所需粒子數(shù)目。
　　2.提出一種基于火焰溫度場的植物與火焰交互算法來模擬植物與火焰的交互過程。首先，利用包圍球原理建立火焰周圍的距離溫度場，通過碰撞檢測

3、算法來判斷周圍樹枝是否滿足燃燒條件、相鄰火焰是否滿足合并條件。其次，對樹枝枝干進(jìn)行受力分析，提出一種基于動力學(xué)的彎曲算法，來模擬樹枝因火焰作用導(dǎo)致的彎曲形變。最后，提出一種基于紋理貼圖的樹枝顏色變化算法來模擬在樹枝在燃燒過程中顏色的變化。
　　3.在Visual C++環(huán)境下，結(jié)合上述算法，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了植物與火焰可視化交互系統(tǒng)原型。
　　本文的研究，填補(bǔ)了在植物與火焰交互領(lǐng)域中對單株植物與火焰交互細(xì)節(jié)描述的空白，為今后該領(lǐng)域