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1、学校代码：巡 分类号：卫盟 研究生学号：! Q 窒Q Q 至Q Q Z 垒星! 垫 密级：玉 东北k 予蕴大莩 硕士学位论文 白磷燃烧所产生的烟雾模拟 W h i t ep h o s p h o r u ss m o k ep r o d u c e db yc o m b u s t i o n s i m u l a t i o n 作者：王浩宇 指导教师： 学科专业： 研究方向： 学位类型： 王文永教授 计算机软件与理论 计算机图形学 学历硕士 东北师范大学学位评定委员会 2 0 10 年5 月 ，!一 18 0 5 5 9 3 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指
2、导下独立进行研究 工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人 承担。 学位论文作者签名：羔茎1 日期： 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。 ( 保密的学位论文在解
3、密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名： 潍扛 电话： 邮编： j|-tFI-j 1 ，1= ， 摘要 计算机图形学是随着计算机及其外围设备而产生和发展起来的，而随着计算机技术 的飞速发展，如何逼真的模拟自然景物，成为图形学领域中最具用挑战性的研究方向之 一，对于烟雾、云、瀑布、闪电、雨雪、火焰、花草树木等自然景物的逼真模拟，在航 空航天、影视广告、汽车、电子、和虚拟场景等各大领域中具有广泛的应用。在这众多 的自然景物中，烟雾的外观形状非常不规则，没有光滑的表面，属于可变形流体现象， 且运动规律受温度、风向等外界因素影响巨
4、大。因此对烟雾的模拟一直是不规则物体模 拟的难点和热点。 本文深入的研究了粒子系统模拟烟雾的方法，并把这个方法应用到白磷燃烧的化学 实验中，对国内外已有的烟雾模拟算法进行了阐述、分析与总结，并阐明了粒子系统在 建模不规则自然景物方面的几个优点。其次，讨论了烟雾模型中烟雾粒子从产生到消亡 的属性变化，包括对烟雾粒子的形状、大小、颜色、位置、速度和生命周期等。根据烟 雾的扩散因素，在原算法的基础上，显示白磷燃烧发光发热的效果，引入温度条件对白 磷所产生的烟雾的效果进行精细模拟。并在绘制过程中，通过纹理贴图为系统添加背景 图片使产生的烟雾更加形象逼真，实现人机交互功能。 最后，采用Y i s u a
5、 l C + + 语言为编程工具，三维动画环境O p e n G L 图形库支持设计了一 个演示系统，实现文中算法，实验证明，改进后的烟雾模拟算法可以在普通P C 机上实 现白磷燃烧所产生烟雾的模拟。 关键字：粒子系统；自然界模拟；烟雾模拟；纹理映射； A b s t r a c t C o m p u t e rg r a p h i c s ，w i t h t h ec o m p u t e ra n di t s p e r i p h e r a le q u i p m e n tg e n e r a t e da n d d e v e l o p e d ，a n da s
6、t h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , h o wr e a l i s t i cs i m u l a t i o no f t h en a t u r a ll a n d s c a p e ，t ob e c o m et h em o s tu s e da r e ao fg r a p h i c sa n dc h a l l e n g i n gr e s e a r c h d i r e c t i o n ，o n eo fF o rt h es m o
7、k e ，c l o u d s ，w a t e r f a l l s ，l i g h t n i n g , r a i na n ds n o w , h e ，f l o w e r s ， t r e e sa n do t h e rn a t u r a lf e a t u r e so ft h er e a l i s t i cs i m u l a t i o n ，i na e r o s p a c e ，f i l ma n dt e l e v i s i o n a d v e r t i s i n g ，a u t o m o t i v e ，e l
8、 e c t r o n i c s ，a n dv i r t u a ls c e n e s ，a n do t h e rm a j o ra r e a sw i t haw i d e r a n g eo fa p p l i c a t i o n s I nm a n yn a t u r a lf e a t u r e si nt h ea p p e a r a n c eo fs m o k ei sv e r yi r r e g u l a r s h a p e ，t h e r ei sn os m o o t hs u r f a c e ，b e l o
9、n gt ot h ed e f o r m a t i o no ff l u i dp h e n o m e n a ，a n dt h el a w o fm o t i o na f f e c t e db yt e m p e r a t u r e ，w i n da n do t h e re x t e r n a lf a c t o r se n o r m o u s i m p a c t T h e r e f o r e ，s i m u l a t i o no fs m o k eh a sb e e nd i f f i c u l ta n di r r
10、 e g u l a ro b j e c t si nas i m u l a t e dh o t s p o t s T h i si n - d e p t hs t u d yo ft h ep a r t i c l es y s t e ms i m u l a t i o nm e t h o do fs m o k e ，a n dt h i sm e t h o d i sa p p l i e dt ot h eb u r n i n gw h i t ep h o s p h o r u sc h e m i c a lt e s t i n g , t h es m
11、o k ea th o m ea n da b r o a d s i m u l a t i o na l g o f i t l u nh a sb e e ne l a b o r a t e d ，a n a l y s i sa n dc o n c l u s i o n ，a n di l l u s t r a t e st h ep a r t i c l e s y s t e mi nt h em o d e l i n gI r r e g u l a ra r e a so fn a t u r a ls c e n e r ys e v e r a la d v a
12、 n t a g e s S e c o n d l y , t h e d i s c u s s i o no ft h es m o k e ，t h es m o k ep a r t i c l e sf r o mt h er e s u l t i n gm o d e lt ot h ed e m i s eo ft h e p r o p e r t yc h a n g e s ，i n c l u d i n gs m o k ep a r t i c l e so nt h es h a p e ，s i z e ，c o l o r , p o s i t i o n
13、 ，s p e e d ， l i f e - c y c l ea n dS Oo n A c c o r d i n gt ot h es p r e a do fs m o k ef a c t o r si nt h eo r i g i n a la l g o r i t h mb a s e d o nt h ee f f e c to fw h i t ep h o s p h o r u sb u mt os h i n e ，T h ei n t r o d u c t i o no ft e m p e r a t u r ec o n d i t i o n so n
14、t h ei m p a c to fw h i t ep h o s p h o r u ss m o k ee f f e c t sg e n e r a t e db yf i n es i m u l a t i o n I nt h ed r a w i n g p r o c e s s ，t h r o u g ht e x t u r em a p p i n gf o rt h es y s t e mt oa d db a c k g r o u n di m a g et oc r e a t et h ei m a g e o ft h es m o k ee v e
15、 nm o r et oa c h i e v eh u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n F i n a l l y , u s i n gV i s u a l C + + l a n g u a g ep r o g r a m m i n gt o o l s ，t h r e e d i m e n s i o n a la n i m a t e d e n v i r o n m e n t ，O p e n G Lg r a p h i c sl i b r a r yt os u p p o r tt h ed e s i
16、g no fad e m o n s t r a t i o ns y s t e mt o r e a l i z et h ea l g o r i t h m ，e x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h ei m p r o v e ds m o k es i m u l a t i o na l g o r i t h mc a l lb e i m p l e m e n t e do no r d i n a r yP C ，t h es m o k eg e n e r a t e db yb u r n i n gw h i t ep h o s p h o r u sa n a l o g K e y w o r d s ：P a r t i c l es y s t e m ；n a t u r a ls i m u l a t i o n ；s m o k es i m u l a t i o n ；t e x t u r em a p p i
