粒子系统在虚拟环境中的应用与实现

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在快速准确地生成各种虚拟地理环境的时候,通常要模拟场景中的各种静态和动态特殊效果,其中包括云雾、雨雪、水流、地形、树木、灰尘等,从而增强虚拟场景的真实感。而这些特殊效果从形状和状态上来说是不规则的,如果运用传统的几何学理论很难比较真实地实现这些对象,而且计算量比较大,生成速度慢。近年来迅速发展的粒子系统方法能很好地解决不规则形态物体的仿真建模问题,本文在认真分析和总结前人相关工作的基础上,从图形模拟的角度出发,以真实感和实时性为目标,重点针对机动车运动过程中所产生的灰尘这种特殊效果,构建其运动模型,利用粒子系统的方法实现了灰尘效果以及雨雪效果。在交互式图形系统中模拟灰尘这种效果是非常有用的,目前对动态灰尘模型仍然没有公开的模型。本文通过分析灰尘产生的物理过程和影响灰尘产生的因素,探讨了粒子系统的基本理论,考虑到虚拟场景实时显示的需要,研究了粒子系统的快速显示算法,提出了提高粒子系统实时性的简化方法和粒子系统真实感的关键技术。构建虚拟环境平台,包括机动车和天空模型,概述了虚拟地形的建模方法和算法,总结了OpenGL的使用技巧。根据虚拟环境特殊效应地需要,对灰尘粒子的产生的物理过程进行了细致的分析归纳,提出了基于物理过程的经验模型,并以VC++和OpenGL为平台实现了灰尘效果。雨雪是自然界的常见现象也是虚拟场景中必不可少的一部分,已经有很多这方面的研究,本文在满足真实感需求的基础上,以实时性为出发点,使用面图元构建粒子,控制粒子产生的区域和产生的数量,利用有限的粒子来达到显示效果,将雨粒子运动简化为匀速直线运动,用随机过程来控制雪粒子的下降产生飘动的效果等方法来减少计算量,加快系统的渲染速度。
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