PDF《硕士学位论文》

分类号:密级: TP391.

9 过程仿真场景中基于粒子系统的关键技术研究与实现公开 UDC:单位代码:

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2 硕士学位论文 论文题目:过程仿真场景中基于粒子系统的关键技术研究与实现 教传艳学号:

2005339 作者: 教传艳 沈阳工业大学学科名称: 计算机软件与理论

2007 年12 月10 日 沈阳工业大学硕士学位论文 论文题目: 过程仿真场景中基于粒子系统的关键技术研究与实现 作者: 教传艳 指导教师: 单位: 信息科学与工程学院 徐全生 教授 协助指导教师: 单位: 单位: 论文提交日期:2007 年12 月10 日 学位授予单位:沈阳工业大学Research and Implementation on Key Techniques Based on Particle System in Process Simulation Scene Author: Jiao Chuanyan SupervisorⅠ:Professor Xu Quansheng SupervisorⅡ: Shenyang University of Technology Shenyang, P.R.China Dec 10,2007 独创性说明本人郑重声明:所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果.尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方 外,论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料.与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意. 签名:日期: 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即: 学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;

学校可以公 布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文. (保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名:导师签名:日期: 摘要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虚拟现 实仿真领域研究的热点和难点. 本文选择尾焰、爆炸效果、雨和雪、烟雾作为模拟的对象.因此论文着重介绍了 粒子系统的基本理论,并利用粒子系统实现了尾焰、爆炸效果、雨、雪以及烟雾的模 拟和实时动态仿真.在这部分,首先对目前国内外学者模拟它们的各种算法进行了分 析和总结.接着介绍了它们的运动特征.然后,在粒子系统的基础上给出了它们各自 的实时的模拟算法.在初始化新粒子的位置属性时,为了加快系统的运行速度,论文 采用随机数赋值.并且通过对这些粒子系统的运动的分析,论文将现实中复杂的运动 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.对于三维烟雾粒子的蔓延,本文给出了一种将粒子系 统原理和碰撞检测技术相结合来模拟三维烟雾粒子在复杂环境中蔓延的方法, 并且这 种方法不需要给定蔓延空间的参数条件.此外,在绘制时,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、公告板技术 和显示列表技术增强绘制结果的真实感. 最后, 本文设计了一个用以验证文中设计的基于粒子系统的不规则实体生成算法 的演示系统.同时探索和研究了虚拟环境中三维地形建模、天空建模、规则实体建模 和交互控制.实验证明,采用论文提出的粒子系统算法,模拟的效果真实且在普通 PC 机上满足实时的要求,这些算法兼顾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. 关键词:碰撞检测,纹理映射,粒子系统,OpenGL I Research and Implementation on Key Techniques Based on Particle System in Process Simulation Scene Abstract The shape of most sceneries in nature, such as clouds, fire, ocean waves, rain and snow etc., changes with time past, and it is difficult to model and visualize the natural sceneries by using traditional methods. So the simulation of natural sceneries becomes a hot topic in the research field of Virtual Reality Simulation. In this thesis it is dedicated to research on the simulation of trail fire, exploration, rain, snow and smoke. So it introduces the basic theories of the particle system and implements the simulations of trail fire, exploration, rain, snow, smoke and dynamical simulated in real-time using particle system. In this part, it is presented a survey of some existing algorithms of their simulation by domestic and international scholars at the beginning. Then their definition and character are introduced. On the premise of visual realism of trail fire, exploration, rain, snow and smoke and real-time implementation, the algorithms for simulating real-time them based on particle system are proposed. For decreasing the implementation time, the positions of new particles are initialized with random numbers. And based on the analysis of the motion of these particle systems, those complex motion fields of them are simplified to four simple-motion fields. Thus the implementation velocity is enhanced, and real time simulation becomes possible. In order to make the smoke-spreading situation more living, it is given a collision detection method of smoke spreading in complex environment, witch don'