PDF《种新的基 于粒 子 系统 的火 焰实时绘制方法》

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9 基金项 目: 国家 自然 科学基金资助项 目(

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河北 省 自然科学基金资 助项 日( F

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7 ) 作者简介 : 贾彦 吲(

1 9

7 1 一) , , 河北滦 县人 , 燕 l大学副 教授 , 博士 , 生要 从 事编码 理论殷虚拟 现实 技 术方 面的研 究.维普资讯 http://www.cqvip.com l

1 2 郑州大:学报(~ I :学版)2006年

1 粒子系统基本 原理 粒子系统 方法 是迄今 为止 用 于描述 小规 则物 体比较成功的 法之一, 尤其是埘于边界模糊 的 自然 景物的模 拟显示出其 独特的优越性 . 粒子系统的基本思想是 : 采用大量的、 具有一定牛命和属 性 的微小 粒子 元作 为本元素来拙 述 不规则 的模糊物体 . 在 粒子 系统 中,每一 个粒子 元均具 有 形状 、 大小 、 颜色、透明度 、 运动速度 和运 动方向、生命 周期等属性 , 所有这些属性都足时间 t 的函 数.随着虚拟世界时问的流逝 , 每个粒子都要存虚 拟世 界经历 产生 、 活动 和 消亡 三个 阶段 . 在计 算机 . 利 用粒子 系统 进行 不规 则物体 模拟,每一帧都要进行以下的基本操作 : ①删除消亡 粒子 ;

②产 生新 的粒子 ;

③为新 生粒 子设 骨初 始属 性;

④移 动 系统 巾所 有粒 子,并改变它 们 的属 ;

⑤根 据粒子 属性 进行渲 染.一般而粒了的各种 属性 可 以由不 同 的经 验 函数 确定,并给了一 定的随机分布 特性 .

2 火焰 粒子系统 模型2.1火焰粒 子 系统 结构 火焰 粒子 系统 由三部分 组成 : 粒子、粒子发射 器 及发射 器管 理器 . P s=( E, P, M) (

1 ) 式中:E是发射 器;

P={ P l , P

2 , P

3 , … , P } 是大量粒子集合 ;

M 为发射 器管理 器.发射器 E表示 为E=V , _ 厂RAND(),Pe)(2)式中: V是发射器 的位置;

^ . ( ) 是 一个返 回0和1之间值的随机函数;

P={Pl,P2,P3,…,P}是发射 器 中发 射出的粒 子 的属 性.粒子定义为P((P,,

P,Y, P , ) , PR ) (

3 ) 其中, ( P l , , P , Y , P , ;

) 是粒子 的位置坐标, P = { P , P

1 , P , P

2 , … , P , P } 足该粒子 的一 系列 属性,它确定 了火焰 粒子的初 始 属性 , 如生 存期、初始颜 色、初始 速度、初始 加速 度等,这些属性 的初 值由发射器产生粒子时确定. 粒子数罱 的定义很 关键 , 它决定 了火焰 的密 度和大 小.粒子数 量 太小 不能满足真实感要求 , 粒子数吊过大则 增加 了系 统 的处理 时间,从而 不能满 足实 时性 要求 , 粒子 的 初始 数量 由它 的父 发射器确定,为了模 拟火焰的不同燃烧程 度,对发射器 的初 始 数量 进行了时 间 分段 设计 , 即发 射器在不 同时 问段 发射粒子数量不同,从而可以实现 火焰 在不 同时 间的火焰 密度 . 发射器 管 理器用 一个 动态 表存储 发 射器来 跟 踪系 统叶1的发 射器 . 每个 时问 步内,当建 立r一个新的发射 器,将自动添 加到动 态表 . 发射 器管理 器 也更新发射器 的状态并移除系统中 死亡 的发射 器,并管 理适 当的内存 分配 . 一个 具有这 i个 重要 部分的粒 子 系统层 次结 构 如图

1 所示.图1粒子系统层次Fi g.

1 Th e hi e r a r c hy o f pa r t i c l e s y s t e m 火焰粒子 由发射器发射 出后, 粒子的属性变 化与 发射器 之问没有进 一步联系,所有属性 的变 化 由粒子 的数 据结 构米 实现 .