虛擬現(xiàn)實(shí)中動(dòng)態(tài)噴泉及動(dòng)態(tài)水面效果渲染.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)性能的快速提高和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在通用PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)照片級真實(shí)感渲染已成為可能，這促使了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。水景觀是地球上最常見的自然景觀，因?yàn)樗男螒B(tài)千變?nèi)f化，水效果模擬成為虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域中的難點(diǎn)。由于水存在的廣泛性，水模擬又是一般虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中不可避免的環(huán)節(jié)。噴泉的模擬多數(shù)學(xué)者采用動(dòng)態(tài)紋理技術(shù)，這就使噴泉看起來不夠靈動(dòng)、真實(shí)。為了模擬出更真實(shí)、更靈動(dòng)的噴泉效果，本文選擇粒子系統(tǒng)技術(shù)模擬噴泉效果。近年來水波動(dòng)技

2、術(shù)研究取得巨大成果，然而算法在不斷的發(fā)展中變得復(fù)雜這使渲染的時(shí)間變長。本文對現(xiàn)有水面波動(dòng)算法進(jìn)行改進(jìn)，提高了水面渲染速度。
　　 深入的研究了粒子系統(tǒng)模擬噴泉的有關(guān)技術(shù)，重點(diǎn)研究了粒子發(fā)射器，線性力效果器，碰撞器，顏色修改器四個(gè)控制噴泉的程序單元，他們分別控制粒子的產(chǎn)生、粒子空中運(yùn)動(dòng)、粒子落入水面碰撞和粒子顏色。設(shè)計(jì)中決定噴泉真實(shí)感的因素主要為兩個(gè)方面：噴泉粒子顏色以及噴泉外觀形狀，因此做了大量實(shí)驗(yàn)用來研究這兩個(gè)效果的設(shè)計(jì)。最終

3、采用顏色效果器控制噴泉顏色狀態(tài)變化，設(shè)計(jì)出了接近真實(shí)世界噴泉的顏色效果。研究發(fā)現(xiàn)只有粒子發(fā)射器和線性力效果器對噴泉外觀形狀有所影響，所以在對這兩個(gè)程序單元的參數(shù)進(jìn)行修改對比找出直接影響噴泉形狀的為：初始最大發(fā)射角度、初始發(fā)射速度和線性力豎直方向分量這三個(gè)參數(shù)。基于影響噴泉效果的研究最終模擬出了符合實(shí)時(shí)渲染要求的八種不同噴泉效果。得到的噴泉效果代碼通用性高，移植性強(qiáng)。
　　 動(dòng)態(tài)水面模擬中重點(diǎn)研究了海面波動(dòng)模擬，光照效果模擬以及水

4、刻蝕現(xiàn)象模擬三個(gè)方面。首先采用基于波形分析的方法，用Gerstner波實(shí)現(xiàn)了一個(gè)波濤洶涌的海面波動(dòng)效果。為了滿足真實(shí)世界中海洋波浪波峰尖、波谷寬的特點(diǎn)，研究了Gerstner波中險(xiǎn)峻參數(shù)變化對波形的影響。光照模型使用改進(jìn)的光照模型，它引入了一個(gè)距離衰減因子對基本光照模型的漫反射項(xiàng)和鏡面反射項(xiàng)進(jìn)行了修正，使光照效果更加真實(shí)。最后對傳統(tǒng)的光線逆向跟蹤算法做了兩個(gè)簡化：一個(gè)是用地球上任意一點(diǎn)對太陽的觀測角度來檢測光線是否來自于太陽光，另一個(gè)是