三維虛擬城市環(huán)境中的實(shí)時(shí)氣體渲染.pdf

1、利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論，在三維場(chǎng)景中對(duì)氣體進(jìn)行渲染，對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)和環(huán)境保護(hù)等方面有著重要的意義。隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，和實(shí)時(shí)流體模擬理論的進(jìn)步，建立復(fù)雜環(huán)境中的氣體渲染已成為可能。然而由于在氣體擴(kuò)散模型中局部湍流變化的復(fù)雜性，渲染氣體在復(fù)雜環(huán)境中的變化面臨著許多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。 本文選用了氣體擴(kuò)散理論中的大渦模型，根據(jù)實(shí)時(shí)流體渲染的要求對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，用半拉格朗日方法，對(duì)氣體在單體建筑物附近的擴(kuò)散現(xiàn)象，以及氣體在城市小區(qū)環(huán)境中多個(gè)建

2、筑物之間的擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)行模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行渲染。 根據(jù)流體實(shí)時(shí)模擬的要求，利用半拉格朗日方法對(duì)氣體在小尺度，理想環(huán)境中的擴(kuò)散進(jìn)行了模擬渲染。利用塊超松弛迭代法求解理想氣體擴(kuò)散的Poisson方程。大尺度空間內(nèi)利用二維空間網(wǎng)格序列來(lái)模擬三維空間網(wǎng)格，降低了時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，使得在當(dāng)前計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境中能夠渲染氣體的大尺度運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)粒子的濃度構(gòu)建紋理圖，用紋理貼圖的方式完成了對(duì)整個(gè)氣體流體的圖形學(xué)渲染。利用輻射

3、傳輸理論，將氣體粒子的透明度和氣體粒子的密度結(jié)合起來(lái)，得出了粒子透明度的函數(shù)，并且由天空光照多粒子散射模型，計(jì)算出氣體紋理貼圖的漫反射光強(qiáng)。使得渲染更具有真實(shí)效果。 在渲染了理想環(huán)境中的氣體擴(kuò)散現(xiàn)象之后，利用單體建筑物的大渦模型，模擬并渲染了氣體受建筑物渦流風(fēng)場(chǎng)影響情況下的擴(kuò)散現(xiàn)象。根據(jù)圖形學(xué)的實(shí)時(shí)流體模擬基本原則簡(jiǎn)化了大渦模型，大大降低了計(jì)算復(fù)雜度，并且可以應(yīng)用到半拉格朗日計(jì)算環(huán)境中。提出了在氣體的圖形學(xué)渲染領(lǐng)域采用鏡像反射