《基于粒子系统的雪景模拟》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于粒子系统的雪景模拟（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、S I M U L A T I O NO FS N O WB A S E DO N 王狻R T I C L ES Y S T E M AD i s s e r t a t i o nS u b m i t t e d t ot h eG r a d u a t eS c h o o lo fH e n a nN o r m a l U n i v e r s i t y i nP a r t i a lF u l f i l l m e n to ft h eR e q u i r e m e n t s f o r t h eD e g r e eo fM a s t e ro fE n g
2、 i n e e r i n g B y R e nC h e n c h e n S u p e r v i s o r ：P r o f Z h e n gY a n b i n A p r i l ，2 0 1 1 求，作为虚拟现实的一部分，景物与环境间交互作用的研究也是很重要的，如何有效、 实时地模拟自然景物是图形学研究的关键。雪景是人们广为熟知的一种自然景象，在影 视特效、电视广告、电子游戏中有着不可或缺的地位，尤其是在雪灾的预防中，雪景的 模拟有着积极的意义。雪景作为自然场景的一部分，得到了越来越多的学者的青睐和研 究。 现有模拟雪景的方法不是以牺牲实时性为代价就是以牺牲逼真性为代
3、价，为了实现 雪景模拟真实性与实时性的统一取得较为理想的结果，本文提出了基于粒子系统和物理 模型的动态雪景模拟算法，在保证系统实时性的情况下实现更为逼真的雪景模拟。 ( 1 ) 建立雪粒子系统模型。在粒子系统运行原理基础上，结合雪花本身特点完成 雪粒子系统的分析和实现过程，包括雪粒子各属性的研究和相关属性更新方法等。采用 纹理映射技术和公告板技术优化、完善雪粒子的绘制工作，实现了基于公告板的雪花绘 制，并提出了重置死亡粒子的方法。 ( 2 ) 设计了灵活的雪花物理运动模型。本文考虑了重力、浮力、向心力等对降雪 的影响，在分析了外力影响下雪花飘落的运动规律后构造出其运动方程，并把向心力作 为可供
4、选项随机赋予粒子，随力场的改变实时地更新雪花的速度、位置数据，解决了粒 子下落过程中运动轨迹单一的问题，体现出自然界中雪花降落来回摇曳、飘忽不定的运 动特性。 ( 3 ) 设计了雪花的碰撞检测模块。分析了雪花碰撞的两种情况并提出了每种情况 下雪花碰撞后的速度和位置更新方法，通过位置和速度的改变表现出雪花与其他虚拟物 体之间发生的碰撞关系。 ( 4 ) 提出了将高度作为雪堆积的依据，通过场景中物体高度的变化量绘制雪的堆 积，并用概率的方法衡量某处的堆积是否稳定。 最后，对模拟系统的实时性优化方法做了讨论，并利用O p c n G L 提供的渲染功能完 l 洲 3 成了实时性保证下的真实感雪景的模
5、拟。 关键词：粒子系统，雪花运动，碰撞检测，绘制 n M u c hn a t u r a ls c e n e r yl i k ec l o u d s ，s n o w , a n ds m o k ei sn o tas i m p l ed i g i t a lr e p r e s e n t a t i o nc a l lb e d e s c r i b e d ；t h em o v e m e n to fn a t u r a ls c e n e r yc h a n g e sa l lt h et i m e ，s h a p e , c o l o ra n
6、do t h e rp r o p e r t i e sw i l la l s o c h a n g ew i t ht h el a wo fm o t i o n W i t ht h ed e v e l o p m e n to fg r a p h i c sa n dt h ei n c r e a s i n gd e m a n d f o rt h eg a m e i n d u s t r y , n o to n l yt h er e a l i s t i cs i m u l a t i o no ft h ed i s p l a yh a v eh i
7、g h e rr e q u i r e m e n t s ，a sp a r to fv i r t u a lr e a l i t y , t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nl a n d s c a p ea n de n v i r o n m e n ti sa l s oi m p o r t a n tt os t u d y H o wt os i m u l a t et h en a t u r a l f e a t u r e se f f e c t i v e l ya n dr e a l - t i m ei st
8、 h ek e yo f g r a p h i c sr e s e a r c h S n o wi san a t u r a ls c e n et h a tp e o p l ew i d e l y k n o w n ，h a sa ni n d i s p e n s a b l ep o s i t i o ni ns p e c i a l e f f e c t si nf i l m ，T Vc o m m e r c _ i a l sa n dv i d e og a m e s ， e s p e c i a l l yi nt h ep r e v e n t
9、 i o no fs n o w , t h es n o ws i m u l a t i o nh a sap o s i t i v em e a n i n g A sap a r to ft h en a t u r a l s c e n e ，s n o wh a sb e e nf a v o r e db ym o r ea n dm o r es c h o l a r sa n dr e s e a r c h e r s A tp a s tm e t h o do fs i m u l a t e ds n o ww i l lc o s tr e a l - t i
10、 m eo rs a c r i f i c i n gr e a l i s m ，i ti sd i f f i c u l tt oa c h i e v ea b a l a n c eb e t w e e nt h e m T om a k et h es n o ws i m u l a t i o no b t a i n e dm o r ed e s i r a b l er e s u l to fa u t h e n t i c i t ya n d r e a l t i m e I nt h i sp a p e r , s n o ws i m u l a t
11、i o nb a s e do np a r t i c l es y s t e m sa n dp h y s i c a lm o d e l ，i nt h ec a s eo f a s s u r 锄c er e a l t i m ea n dt r i e st oa c h i e v em u c hr e a l i s t i c ( 1 ) E s t a b l i s ht h em o d e lo fs n o wp a r t i c l e s B a s e do nt h ep a r t i c l es y s t e m , c o m b i
12、n e dw i t ht h e c h a r a c t e r i s t i c so fs n o w , t oc o m p l e t et h ep r o c e s st h a ta n a l y s i sa n di m p l e m e n t a t i o no ft h es n o wp a r t i c l e s ， i n c l u d i n gt h ep r o p e r t i e so fs n o wp a r t i c l e sa n dr e l a t e dm e t h o d sf o ru p d a t e
13、t h e s ep r o p e r t i e s U s i n gt e x t u r e m a p p i n ga n db i l l b o a r d i n gt e c h n o l o g y t oo p t i m i z ea n di m p r o v et h ew o r ko fd r a ws n o wp a r t i c l e s ， i m p l e m e n t e ds n o w f l a k ed r a w i n gb a s e do nb i l l b o a r d i n gt e c h n o l o
14、g y A n dp r o v i d i n g am e t h o do fr e s e t t i n gt h e a t t r i b u t e so f d e a dp a r t i c l e s ( 2 ) B u i l df l e x i b l ep h y s i c a lm o t i o nm o d e lo fs n o w T h i sp a p e rc o n s i d e r st h eg r a v i t y , b u o y a n c ya n d o t h e re f f e c t so nt h es n o
15、w , C o n s t r u c t i n gt h em o t i o ne q u a t i o n so fs n o wb a s e do na n a l y z i n gt h ec o l l i s i o n d e t e c t i o na n dm o v e m e n tl a wo fs n o wi n f l u e n c e db ye x t e r n a lf o r c e A sf o ro p t i o n s ，p a r t i c l e sa r eg i v e na c e n t r i f u g a lf
16、o r c ea tr a n d o m ，t h e nu p d a t i n gt h ep o s i t i o na n ds p e e dv a l u e so fs n o wi n r e a lt i m ew i t ht h e c h a n g eo ff i e l do ff o r c e R e f l e c tt h em o t i o nc h a r a c t e r i s t i c st h a ts n o ws w a y i n g e r r a t i cw h e ni ti sf a l l i n g ( 3 ) D e s i g ns n o wc o l l i s i o nd e t e c t i o nm o d u l e T h ef o r c eb e t w e e ns n o w f l a k e sR e f l e c t e di nt h ec o l l i s i o n d e t e c t i o
