PDF《种新的基 于粒 子 系统 的火 焰实时绘制方法》

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6 囟i 笫27卷

1 2 月第4期 郑州大学学报(上 学版)JournalofZhengzhouUniversity( E n g i n e e r i n g S ( - i e n e e ) 文章编号 :

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2 7 No.

4 一种新的基 于粒子 系统 的火焰 实时绘 制方法 贾彦 国,张伟,唐勇(燕IlI火学信 息科 学lr程学院 , 河北 秦皇岛

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0 4 ) 摘要:针 对经典粒子系统火焰模 拟的真实性和实时性的关键问题,给出了一 种新的基于粒子系统 的 火焰绘 制算法 , 粒子属性 的初始化 由发射 嚣确定 , 并对粒子的颜 色、位置 、 生存期 等属性 的更新进 行 了优 化,粒子的运动 变化 由低 压点控 制,粒子由四角面片表示 , 结合 纹理映射技术进行 三维 火焰 渲染 , 纹理 采 用分时间段 映射 来模拟火焰的燃烧过 程,实验证 明该算 法模拟 火焰的 运动和 外观 效 果真 实, 在 普通 的PC平 台上利用标准图形系统 即可获得实时的绘 制速度.关键词:虚 拟现实;

不 规则物体建模;

火 焰模 拟 ;

粒 子 系统 ;

纹理 映射 中图分 类号 : T P

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1 .

9 文献标 识码 :A

0 引言虚拟现实 , 是在计 箅机图形学 、 仿真技术 、 人一机交技术、多媒 体技术以及传 感器技术的础:发展起 来的一门交叉技 术,是利 用 汁算 机生成一种 现实 t } j = 界的J柱拟 环境 , 通 过传 感 器使 用户 投入 到 废环 境巾,实现H_卜该 环 境进 行『1然交. 的技 术… . 随着 讣 算机 技术的飞速 发展 , 真实 感 图形 在仿 真、动画、汁算 机美术、科学_I『视化等 领域 的应用 越来越广泛,H_对真实感 的要 求也越来 越高.山于 几力'

而 的原 冈,直接实 时 绘制 火焰 效果是 相 当困 难的.南于人 们时火焰 的理 解的小完全性 , 火的物理化 学 性质 复杂 ;

火焰 自身没 有同定的几 何外 形特征,不能够使用传统 欧式 几何建模方法;

火焰运动规律随时问变 化难以预测.此,火焰 不能 用通 常的维建模 方法 来 实现 . 针对 火焰 的 以上 特性,ReevesE2J在1983年 提出了粒 子 系统方法 , 用以进行火焰等不规则物体的模拟 . 粒 子系统具有能实时模 拟不规 则物体 的优势 , 使得 其在模 拟火焰方面得到广泛发展.Perrv3和Pi―card建 立 了一 个增 强 的札 子 系统 , 即 利用 动 态变 化的儿何体代替静态的基本 网元和像元来实现粒 子 的实 时绘制 , 并且,还在 系统 中加 入 r火焰 蔓延效果模拟 . P h i l i p p e

4 模拟 了火焰在三角形表面的 传播过程 , 通过采用一个火焰集合表示火 , 每一个 火焰 即为… 个可变形的顶点链 条,通过该骨 架构造出火焰 的外 J . X i a o m i n g We i _

5 模拟了火 焰在体数据 表示 的物 体L蔓延的过 程,其传播基于距离场,且燃烧时 物体存在消耗,其中牲于LBM方法加入 r风 对火 焰 的作 片J.Iimonenl6在经典 粒子系统的基 础¨}二提出了二阶粒 子 系统 的 概念 , 通过统一粒子 及影 响粒子的力 , 从而实现r火焰 的旋涡等绘 制 效果 . 刘镪l

7 没计 了粒 子 系统 火 焰模 型,对火焰 的摇 曳和 浮 力扩 散采 用随机模 型,实现_r交:性火焰模拟.谢隽毅_8J针对 战场火焰 的特 殊效应,实现 了一 个基于粒 子系统的战场 火焰模 刑.目前,最为精确的模拟是Nguyenl9的方法,采用lANs方 程来 求解,并考虑厂燃 烧过程.Lamorlettell0l则更倾 阳于为动 师提供更 为灵活的控制 , 采用 了非严格基于物理的方法 , 基 于粒子 系统 , 加过程噪声 和Kolmogorov湍流噪声 来形成最终 的火 焰 形状 . N g u y e n和Lamorlette的方法 都存 在 速度 太慢的问题 , 以致 不 能满 足 实时 需要.精确 模拟 火焰 是非常困难 的,凶为火焰本身是一个i维的流体动 力系统 , 精确模拟需要大量 的计 算,这就 导致 不可能实时显示.所以,作者在传统 粒 子系统 理沧的基 础上,提出r一 种基于粒子系统 的火焰 绘制的新方法.并非是基于物 理燃烧的真 正仿 真,I足从中吸 取 必要 的 燃烧 机理,在视觉效 果 上进行模拟 , 算法力求简 单、 高效 , 以满 足实 时 显示 的需 要.收稿 日期 :