基于粒子系统的不规则物体模拟及其可视化

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在日常生活中,不规则物体是一类比较特殊的物体,它们没有固定的外观形状,人们可以很容易的指认这些物体,却总是不能准确地给出这些物体的统一定义,因此不规则物体模拟是计算机图形学中的难点和热点,不规则物体模拟技术的进步对计算机图形学的发展,计算机动画技术的发展均具有重大的意义。目前,已经出现了多种不规则物体模拟技术,其中粒子系统被认为是一种比较成功的方法,受到了广泛的关注和研究,本文使用粒子系统和OpenGL可视化技术对两种比较有代表性的不规则物体一水滴溅落和火焰进行了模拟,主要做了以下工作:(1)对现有不规则物体模拟技术和现状进行了分析陈述。(2)深入研究了粒子系统的基本思想和方法,对生成粒子系统的方法进行了详细的归纳和总结,对使用OpenGL实现可视化的一些关键技术进行了介绍。(3)首次使用粒子系统模拟了水滴溅落这一不规则自然现象,通过对水滴溅落过程的分析,使用粒子系统建模方法,建立了水滴溅落的粒子系统模型,使用OpenGL绘制技术实现了水滴形态的绘制和水滴粒子飞溅过程的可视化。整个模型的关键在于控制水滴粒子破碎飞溅的方向和水滴形状的构造以及可视化,文中充分利用了随机过程,实现了粒子飞溅方向的任意性,通过绘制大小动态变化的图元实现了水滴形状的构造。(4)本文在火焰模拟方面做了大量的工作,使用粒子系统建模方法,通过对静态火焰燃烧的观察和分析,提取出了静态燃烧火焰的主要外观特征和运动特性,建立了火焰的基本燃烧模型,设计了一种火焰粒子系统,模拟了几种不同的动态火焰。文中通过建立上升运动场和侧向运动场模拟了火焰燃烧时的扰动特征,结合粒子的透明度和生命值模拟了火焰外观的变化,成功地模拟了静态燃烧的火焰,之后应用静态燃烧火焰的基本模型,通过建立简单的二维风场,模拟了风场中火焰的燃烧情况,通过控制火焰粒子发射的位置和每次发射的粒子数量模拟了液化气灶的火焰和大规模火焰燃烧蔓延的过程,建立了大规模燃烧火焰的发射粒子数和燃烧半径之间的动态联系。(5)另外本文在WindowsXP环境下,使用VC++6.0作为编程工具,采用OpenGL可视化技术实现了上述几种不规则物体的模拟,取得了不错的模拟效果。
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