在计算机中实时生成各种场景,巨大的计算量往往成为图形生成、显示的瓶颈。因此,如何简化且有效地模拟火焰、头发等自然景物,已经成为计算机真实感图形生成的关键。本文着重从以下几方面进行深入研究和探讨:首先,在已有研究成果的基础上,对现有的不规则物体建模理论、算法及其应用范围进行了详细的分析和总结。其次,对火焰的粒子系统模型进行了改进,根据火焰的外观特征,在初始化新的火焰粒子的位置属性时,采用叠加n个随机数的方法来近似得到高斯随机数;通过对火焰运动的分析,将现实中火焰复杂的运动场简化为四个简单的运动场:热浮力场、风场、漩涡场和重力场,进一步提高了系统的运行速度,使实时生成火焰场景成为可能。然后,提出了动态运动场的思想,运动场在运动时,动态地改变火焰粒子的运动规律,使火焰粒子的运动更加灵活,从而使火焰的运动更加真实;此外,在绘制火焰时,采用多边形面片粒子代替点粒子,更进一步缩短了系统的运行时间,同时结合纹理映射技术增强绘制结果的真实感。最后,提出了头发的精细模型(头发弯曲模型)与头发簇模型相结合的方法来模拟头发;通过四叉树数据结构细分和重组头发组对普通的头发簇模型进行了改进,使得头发模型能在任何层次间平滑动态转换,而不仅局限于离散层次之间的转换;能通过头发的运动、头发是否可见以及与视点的距离来选择恰当的离散和连续头发层次表示。本文通过对已有火焰和头发建模方法的改进,实现了火焰和头发的动态模拟,生成了较为逼真的仿真效果。