基于粒子系统的动态景物模拟

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近年来随着多媒体技术的发展,计算机动画、虚拟现实技术、计算机仿真在计算机图形学领域越来越受道人们深刻的关注,成为图形学研究的热点。山,水,云,烟雾等自然景物的模拟被广泛应用于游戏、电影、媒体广告等领域[1][2]。由于自然景物在形态上的不规则性,在运动上的随机性,很难用传统的儿何模型和行为模型建模。因此,如何能够逼真的对自然景物模拟,达到虚拟现实的效果是计算机图形学中的一个具有挑战性的课题。粒子系统将模拟的对象看成一组相互制约的粒子,它可以利用非常简单的体素来构造不规则的物体,而不是用传统线、曲面或者多边形来再现自然景物,同时粒子系统具有简单、快速、实时的特点在模拟不规则物体方面有着独特的优势。文章在学习烟花粒子系统的模型和燃放理论上,介绍了粒子系统的基本原理,使用粒子系统结合OpenGL纹理贴图、色彩融合等技术实现了心形烟花模拟,增强了烟花模拟的实时动态效果,弥补了以往使用粒子填充方式对心形烟花模拟的不足。心形形状控制采用阿基米德螺线函数来控制爆炸瞬间粒子的属性,使得在爆炸点产生预期的烟花粒子,同时分析粒子受到的外力,根据牛顿第二定律,绘制出烟花粒子的运动轨迹。布料在生活中的应用非常广泛,比如衣服、窗帘、飞舞的旗帜以及3D游戏中人物的披风等等。布料在人类生活中的中心地位,意味着布料仿真有着当前和潜在的广泛应用。在三维动画方面,布料的模拟仿真包括对布料的移动、旋转以及在相关作用力下的变化,能够实现布料的褶皱,色彩,质地。本文给出了一种基于粒子系统的实时、动态的布料模拟方法。研究方法是将布料看成是粒子和弹簧的连接体,将布料的运动看成是粒子的运动。实验在悬挂和碰撞情况下分析由弹簧连接的粒子受到的合力,并通过微分方程求解粒子每一帧的速度和位置。在VC++下采用OpenGL纹理贴图、色彩融合绘制粒子从而实现实时动态布料的仿真。
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