自然界中的大多数景物的外形是随机变化的,如:云彩、火焰、浪花、雨和雪等,很难用常规的建模方法及模拟技术来描述。因此自然景物的模拟一直以来都是计算机图形学领域研究的热点和难点。就火焰模拟而言,因其形状与性质在时间上和空间上的多变性,而更具有挑战性。 论文选择火焰作为模拟的对象。首先,介绍了火焰的定义及特征,接着对目前国内外模拟火焰的各种算法进行了分析和总结,然后,在粒子系统的基础上给出了一种实时的火焰模拟算法,该算法兼顾火焰的真实感和系统运行的实时性,可广泛应用于游戏、电影和电视节目的虚拟场景中。 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,论文采用高斯随机数赋值,这样火焰粒子的密度在生成时满足高斯分布;为了加快系统的运行速度,论文又采用叠加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,论文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,使实时成为可能。然后,论文引入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,从而火焰的运动更加真实。此外,在绘制火焰时,论文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,论文设计了一个演示系统,实现了论文提出的算法,给出了实验结果。实验证明,采用此算法模拟的火焰效果真实且在普通PC机上满足实时的要求。