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虚拟各种自然现象是计算机图形学的一个重要探索领域。尤其是,象云、水、火、树、烟、地形、沙漠、雪和雾等都是不可缺少的虚拟自然情景。而用计算机生成三维烟雾的又是计算机模拟中一个重要的研究课题。烟雾的显示被用于各种场合,如虚拟仿真、娱乐、虚拟火灾等。本文在回顾了烟的动态模拟、烟的动态控制以及烟的真实感绘制等相关技术的基础上,提出了一个能实时生成烟的模拟算法。实时烟雾具有运动抽象和视觉效果抽象的特征。基于这两个特征,本文提出的算法相应地分为烟的动态模拟和绘制两部分。在动态模拟阶段,本文用粒子系统作基于物理规律的模拟,建立动态运动场,采用全局力场与局部力场相结合的方法,用局部力场模拟了烟最有趣的场景—漩涡,其他物理参数如速度、空气阻力、风力、外界的碰撞力等都直接定义在烟的粒子上。
在烟绘制阶段,我们将粒子看成四边形面片,结合纹理映射技术提高了真实感。并很好地解决了当烟粒子旋转过一定的角度或者观察者的视点移动后,观察者可能会看到一片一片的片状物的问题。整个绘制阶段都在普通PC机上完成。尽管动态模拟和真实感绘制的算法都很简单、直观,但能很好地满足烟雾的抽象性特征。实验结果表明,应用本文提出的算法,仅仅需要800左右的粒子就能实时地生成相当好的烟的模拟。