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1、项 目编 号 国家大学生创新性实验计划项目申请书填 写 说 明一、本表要按顺序逐项填写，内容要实事求是，表达要明确、严谨。空缺项要填“无”。要求一律用A4纸双面打印，于左侧装订成册。 二、申请参加河南师范大学“国家大学生创新性实验计划”项目团队人数不得超过5人（1人为项目负责人，参与合作研究者1-4人），运行周期为2年。三、指导教师主持科研项目情况限填两项；代表性科研成果限填三项，若为论文需按照论文题目、发表刊物名称及年、卷、期、页码填写，若为科研成果奖，需按照成果名称、授奖机构及获奖等级填写，若为专利，需按照专利名称、专利性质（国家发明专利或实用新型专利）、授权机构填写。以上成果限第一作者或
2、第一完成人。 四、如填表有不明事宜，请致电咨询（联系电话：3326192）。三、指导教师对申请人的评价（一）对申请人的专业基础、工作态度、学风及研究能力的评价申请人端木利亚同学专业基础知识系统扎实，工作态度认真、负责，学习认真刻苦，成绩优异，有很强的团队合作意识和组织能力，具有很强的分析解决问题能力和研究能力。（二）对申请课题的价值、研究方案的可行性、工作基础等方面的评价基于粒子系统的雨景仿真应用在军事，影视，游戏等各种雨景模拟上具有一定的学术价值和应用价值。研究方案和算法思想具体、清晰、可行；该组成员具有很强的软件编程能力，具有扎实的专业基础知识，有一定科研经历，具备从事此项课题的基础知识，
3、态度认真、学习刻苦、努力上进，他们一定能完成该项目。四、 申请人对研究项目简要说明一、申请理由（包括前期工作基础及项目成员具备的知识、兴趣、已取得的成绩及相关科研经历等）1、前期工作基础：建立粒子模型；水滴的下落变形、溅射模型；对建筑物、树木、地面的影响（可选） Bargen, Bradley, Peter Donnelly, Inside DirectX.Microsoft Press, 1998. Begault, Durand R., 3-D Sound for Virtual Reality and Multimedia, Academic Press, 1994 Thompson,
4、Nigel, 3D Graphics Programming for Windows, Microsoft Press, 1996. 胡瑞安, 胡纪阳, 徐树公等. 分形的计算机图象及其应用. 北京:中国铁道出版社，1995 Beginning C+ Game Programming byMichael DawsonISBN:1592002056 Course Technology 2004 (335 pages) 韩中庚.数学建模方法及其应用第二版.解放军信息工程大学高等教育出版社. 09年6月 吴建国.数学建模案例精编.水利水电出版社.2005年5月2、项目成员的知识、兴趣：掌握大学物理，
5、线性代数、高等数学方法等数学性知识；系统学习数据结构、C+、DirectX等编程知识。扎实学习了图形编程技术基础，深入研究了算法与数学模型的建立，对基于DirectX的图形图像技术深感兴趣，并希望能进一步的深入学习。3、已取得的成绩和相关科研经历马原龙同学组队参加10年程序设计大赛；端木利亚同学参加“挑战杯”创业大赛；梁帅同学参加学校网页制作大赛获得一等奖；李晨阳同学参加09年国家大学生创新性实验计划项目；姚鑫同学参加09年国家大学生创新性实验计划项目。二、选题依据（包括项目的学术价值、应用价值、国内外研究现状分析，并列出主要参考文献）1项目学术价值该项目在粒子系统理论的基础上，提出了建立基于
6、粒子系统的仿真模型，利用高性能的计算机和计算机图形学的方法，对雨景效果进行仿真，具有一定的可控性，使粒子系统、三维标量场可视化技术等理论知识得到深入和完善。这种可视化的研究方法，对于国内外雨景仿真的研究者具有一定的参考价值。2. 应用价值主要应用领域：可应用于游戏、影视节目和军事训练的场景中，通过动画来实现，减少了人力、物力、财力等直接的损失。在现实生活的下雨研究中，掌握雨滴有高空落到地面的形态变化，和雨量和风速等影响下的土壤变化、小草房屋的变化及庄稼地中的变化规律，对地质、旱涝灾害的预测和扑救工作具有一定的现实意义。3. 国内外研究现状分析用计算机生成真实感图形一直是计算机图形学中最具有挑战
7、性的研究方向之一, 特别是对不规则模糊物体的模拟十分困难，很难用传统的解析曲面来描述。过去，国内外许多学者对雨滴下落进行了基于分型几何的建模、基于工细胞自动机的建模、基于纹理映射的建模等多方面的研究，基于粒子系统建模方法是迄今为止被认为描述不规则自然景物最为成功的一种生成算法，能够较好地反映自然界的真实情况，但目前对物体、场景的仿真技术还是存在不足之处，真实感和实时性需要进一步提高。4. 主要参考文献1 王润杰,田景全,倪政国.基于粒子系统的实时雨雨模拟J.系统仿真学报,2003,15（4）：495496.2 詹荣开,罗世彬等.基于景物特征的粒子系统建模技术J.计算机工程与应用, 2001,（
8、5）:91-923 Peyret R. 流体流动的计算方法M . 蒋伯诚译1郑州: 河南 科学出版社, 19934 Begault, Durand R.3-D Sound for Virtual Reality and MultimediaM.Academic Press. 19945Thompson, Nigel.3D Graphics Programming for Windows.Microsoft Press.1996.6 张帆.虚拟场景中的自然景物模拟D.南京理工大学.2006年7石琼,沈春林,谭皓.基于OpenGL的三维建模实现方法.计算机工程与应用G, 2004年18期8Barg
9、en, Bradley, Peter Donnelly, Inside DirectX.Microsoft Press, 1998三、研究方案（包括研究目标、研究内容、研究方法、实验方案和技术路线、可行性分析等）1.研究目标 利用微型计算机实现可调控的、逼真的雨景仿真软件，同时加入风速、雨量的影响下雨景的变化状态，使得图像真实度更高、实时性更好。2.研究内容1）建立基于粒子系统的三维雨景模型；2）根据实际存在因素对雨滴下落的流体力学进行简单分析实现；3）在不同风力影响下雨水的下落状态变化研究；4）建立基于粒子系统的各种复杂景物模型；5）对于系统中的雨粒子与地面等景物的碰撞简单分析实现；3.研究
10、方法1）基于流体力学和粒子系统原理，建立基于粒子系统的三维雨滴、景物模型；2）进行3D绘制、渲染技术方面的深入学习，仿真出真实度高的动态雨滴降落、碰撞。4.实验方案和技术路线1）查阅相关资料，全面的了解和认识粒子系统、DirectX等基本问题，进一步对粒子系统的三维雨滴、场景模型进行深刻的理论探讨研究；在认真理解粒子系统方法绘制自然景物的基础上，研究粒子从出生、生长、运动到死亡的过程中所涉及到的一些关键技术和问题，包括：粒子的生成、粒子的属性及其变化、粒子的运动、粒子的死亡和粒子的绘制；2）对整个雨滴、景物仿真系统进行总体设计，系统划分为三个模块：粒子系统模块、粒子模块和运动场模块；3）利用V
11、C+软件系统设计和实现，在绘制过程中使用纹理映射技术进行场景渲染，动态生成视点替用特效技术和混色处理技术增强真实感同时又提高仿真的实时性；4）基于粒子模型，通过控制雨粒子的大小、形状、密度(数量)来实现雨强度的模拟;通过控制雨粒子的运动来模拟风对雨的影响,并对雨粒子的产生域进行了讨论,使其满足视点运动的要求。5. 可行性分析基于粒子系统的雨景仿真模型实际上是对雨天各种大小不一的雨滴进行的绘制，因此遵循粒子的基本规律，而在粒子研究领域，目前的技术相对稳定成熟，可从中获得借鉴和参考。选用VC+作为编程开发工具，其内部又提供了很多DirectX的接口函数，而且实验证明在绘制3D图形或动画时具有良好的
12、运算和渲染速度。项目组成员参加过大学生“挑战杯”、程序设计等大赛，具有开发软件系统的经验，可以作为创新实验实施的基础；学校有电子图书，可供我们进行查阅资料、信息收集；河南师范大学计算机与信息技术学院创新基地和学院实验室为我们提供必要的计算机设备，组员可以进行系统程序的编写；指导老师有主持省科技攻关等项目的经验，能指导项目组成员认真完成项目，保证了项目及其实验顺利进行。四、项目的创新点、特色和拟解决的关键问题或技术1. 创新点构建基于粒子系统雨滴仿真模型，应用DirectX开放型图形库对雨滴、景物进行仿真。能够利用微型计算机就能将现实与虚拟结合起来，对雨滴、景物进行完美仿真。同时可以调控风速、雨
13、量，实现交互式设计。2. 特色该项目是粒子系统与模糊物体的结合，是计算机科学与现实应用的融合，一方面能够极大促进了粒子系统理论研究，另外在仿真领域取得新的突破。3. 关键技术第一、在基于粒子系统的三维雨滴建模；第二、景物模拟中粒子系统模块、粒子模块、纹理映射模块和运动场四个功能模块的建立；第三、在绘制过程中的纹理映射技术、动态生成视点替用特效技术和处理技术；第四、检测雨滴粒子碰撞，及时删掉消亡粒子，提高系统效率；第五、采用SPH方法进行粒子系统模拟，并用VC+编程实现；第六、后期的绘制、渲染、检测及维护。五、项目进度安排（查阅资料、选题、设计项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分
14、析、研制开发、撰写研究论文和总结报告和成果推广等）2010年7月1日-2010年8月20日 查阅资料2010年8月21日-2010年8月31日 选题2010年9月1日-2010年10月10日 设计项目研究方案2010年10月11日-2010年11月10日 开题报告2010年11月11日-2011年3月31日 实验研究2011年4月1日-2011年6月30日 数据统计2011年9月1日-2011年11月30日 处理与分析2011年12月1日-2012年5月31日 研制开发2012年6月1日-2012年7月31日 撰写研究论文2012年8月1日-2012年8月31日 总结报告2012年9月1日-2012年10月31日 成果推广六、拟利用资源（科研教学设施、仪器设备、资料等）1、微型电子计算机；2、相关书籍；3、网络资源。七、经费使用计划序号支出项目及理由金额（元）1高性能图形服务器一台50002资料合作交流30003论文发表费、会务费20004上机、网络费1000合 计11000八、项目预期成果（研究论文、专著、调研报告、专利、计算机软件、
