基于粒子系统的不规则物体的仿真与实现

论文摘要

随着计算机硬件和软件技术的快速发展,使得计算机对不规则物体的模拟技术已经渗入到人们日常生活中的各个角落,同时也促进了计算机动画技术的发展。计算机动画技术现已被广泛应用于航空航天、影视娱乐、计算机游戏以及三维动画等领域,有着广阔的发展前景,因此对不规则物体的模拟变得更为重要,然而,由于不规则物体具有不规则性、随机性以及内在的不确定性,很难用传统的建模方法和技术进行描述,粒子系统被认为是一种模拟不规则物体较为成功的方法,引起国内外学者广泛的关注和研究。本文使用OpenGL图形软件接口和粒子系统对两种比较有代表性的不规则物体——喷泉和瀑布进行了模拟,主要做了以下工作：[1]介绍了粒子系统的国内外研究现状。详细描述了粒子系统的基本概念和基本思想,在此基础上进行了研究。掌握了使用粒子系统建立模型的方法和步骤,在前人的基础上进行了概括和总结。[2]将粒子系统理论和模型应用于喷泉这一自然景观的模拟。在确定粒子属性的时候,根据喷泉粒子运动的特点选取了一部分属性,在很大程度上节省了系统的时间开销。准确的建立喷泉系统模型,通过调整喷泉的初始位置、喷泉股数、喷射角度以及矢量乘积等因素来模拟各种形状的喷泉,模拟效果具有较好的逼真性和实时性。[3]使用粒子系统模型实现瀑布的模拟。在对瀑布粒子下落过程中受力情况进行分析后,我们引入风力来对瀑布进行模拟,并模拟了无风状态和有风状态两种情况下的瀑布效果图,进而得出了外力的作用对模拟的效果会产生一定的影响,实验模拟的效果具有较好的逼真性。[4]本文在Windows XP环境下,利用VC++6.0开发工具,采用OpenGL显示列表和纹理映射技术实现喷泉和瀑布两种不规则物体的模拟,取得了较好的模拟效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外的研究现状
• 1.2.2 国内的研究现状
• 1.3 本文的主要工作和内容安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 不规则物体模拟的相关理论和技术
• 2.1 计算机图形学理论
• 2.1.1 计算机图形学概述
• 2.1.2 OpenGL概述
• 2.2 粒子系统理论
• 2.2.1 粒子系统的基本概念
• 2.2.2 粒子系统的基本思想
• 2.3 虚拟现实技术
• 2.3.1 虚拟现实技术的概述
• 2.3.2 虚拟现实技术的研究现状及应用
• 2.4 本章小结
• 第三章 粒子系统模型的建立
• 3.1 粒子系统空间坐标系的建立
• 3.2 粒子的描述
• 3.3 粒子系统生成单帧画面的基本步骤
• 3.4 粒子属性的初始化
• 3.5 粒子的运动
• 3.6 粒子的死亡
• 3.7 粒子的绘制
• 3.8 本章小结
• 第四章 基于粒子系统的喷泉模拟实现
• 4.1 喷泉粒子系统模型的建立
• 4.1.1 喷泉粒子空间坐标系的建立
• 4.1.2 喷泉模型的定义
• 4.1.3 喷泉粒子的产生
• 4.2 喷泉粒子的运动轨迹
• 4.3 喷泉粒子的消亡
• 4.4 喷泉粒子的绘制
• 4.4.1 喷泉粒子场景的构造
• 4.4.2 喷泉粒子的渲染
• 4.4.3 喷泉粒子的实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于粒子系统的瀑布模拟实现
• 5.1 瀑布的初始化
• 5.1.1 瀑布粒子的定义
• 5.1.2 瀑布粒子的数据结构
• 5.1.3 瀑布粒子的产生
• 5.2 瀑布粒子的运动
• 5.3 瀑布的绘制
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录A 图索引
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文