纹理球方法的烟雾模拟

烟雾是普遍存在的自然现象.影视、动画、图形技术日益深入发展,各个领域对于烟雾的真实模拟已不可或缺.模拟需求越来越多、要求也越来越高.传统粒子系统不能满足实际需要;数学物理方法计算复杂,影响其广泛应用;基于纹理的方法越来越受到重视.本文采用基于纹理球的快速模拟方法.分析了真实的烟雾特点、运动变化等因素;设计了关键的控制变量.算法具有灵活的处理方式和开放的可扩展性.最后给出了实际的模拟效果,基本能够达到实时性要求.     

火焰模拟方法的研究综述

火焰等无规则物体的模拟近年来成为计算机动画领域中的一个研究热点,回顾了该领域中火焰模拟的各种模型的发展情况,总结了该研究方向所采用的各类方法,并结合各种模型的特点分门别类地详细展开。其方法总体上可以分为粒子系统方法、数学物理方法和纹理技术方法,讨论了各自方法的优缺点、适用范围和效果特征;展望了未来发展的3个重点:火焰细节、控制机制和模拟速度;并对这个方向的研究前景进行了必要的探讨。     

基于粒子系统烟雾的模拟

传统基于粒子系统烟雾的模拟无法模拟烟雾的扩散行为,而且需要大量粒子,因此满足不了虚拟战场逼真度和实时性的需要.提出一种基于粒子系统理论和离散浓度场相结合来模拟烟雾的算法.在粒子的属性中加人浓度属性,利用三维扩散方程的有限差分建立浓度场,浓度场的变化由浓度场内空间粒子的位置和扩散方程决定,通过浓度场的变化使粒子分裂来模拟烟雾的扩散,通过粒子的运动反映风场的作用.与传统的粒子系统相比,增加了对烟雾扩散的描述,大大降低粒子的数量,该算法保证了生成烟雾的逼真效果,满足了虚拟战场实时性需要.     

气象景象的模拟

对气象景象中的云彩、雾、雨雪、海浪等不规则物体的建模及模拟方法进行了综述性介绍，对描述云彩的中点置换法、描述烟雾的细胞自动机模型、描述雨雪的粒子系统和海浪的模拟方法展开了讨论，并指出了今后的研究重点。     

烟雾的快速模拟

在粒子系统方法的基础上,比较了近年来的最新研究成果和实际应用方法,采用旋转纹理片的快速烟雾模拟方法,讨论了纹理片的数据结构、各种参数的设置依据和它们对总体模拟效果的影响,给出了具体的模拟步骤,并且通过不同的设置采构造不同的烟雾模拟场景.最后,给出了实际的计算机模拟效果.     

一种基于法线贴图的爆炸烟雾模拟算法*

传统的基于流体动力学和光滑粒子动力学的烟雾绘制方法能模拟出逼真的爆炸烟雾,但性能太低使得其很难满足实时性要求;而一般的基于粒子系统的模拟算法主要针对一般烟雾,需要大量粒子数目且不能得到真实立体的爆炸烟雾效果。本文提出一种基于法线贴图的爆炸烟雾模拟算法,使用法线贴图模拟烟雾粒子的空间立体属性,对其进行随机光照计算,并根据时间衰减颜色;采用简单运动控制模型模拟爆炸烟雾的翻滚与扩散。实验表明,该算法使用很少粒子便能产生极高真实感的爆炸烟雾效果,并且具有很好的实时性。     

导弹烟雾的快速模拟

在粒子系统方法的基础上,提出了基于纹理球的快速导弹烟雾模拟方法.讨论了算法的数据结构、各参数设置及其对模拟效果的影响,其中关键参数主要包括纹理球的数量、大小、位置、偏移量、旋转和纹理贴图等.给出了具体的模拟步骤和实际的模拟效果,模拟的速度、效果等比较理想.     

利用粒子系统实现虚拟实验系统中粉末飘洒效果

在虚拟实验场景中需要模拟粉末、水泡、气泡、火焰、水珠、烟雾等效果,这些特殊视景效果的实时模拟一直是三维计算机图形学中的难点,而粒子系统是解决这一难点的有效方法。该文通过对自然界微粒的理想模型---粒子系统的分析,真实的模拟了粉末洒落的效果。     

烟雾的快速模拟

文章提出利用粒子系统和浓度场相结合的方法来模拟烟雾的运动与扩散.在粒子属性中加入一浓度函数,通过粒子作用半径及浓度函数的变化模拟烟雾的扩散,还通过粒子的运动及分裂反映风力场的作用.与原有的粒子系统相比,不仅增加了对烟雾扩散的描述,还可以用少量的粒子生成连续的浓度场,在很大程度上提高了计算速度.同时文章还给出了一种快速的烟雾绘制方法.     

火团造型的一种新方法

在分析现有各种火焰和烟雾模拟方法的基础上，以火的滚团现象作为研究对象，利用粒子系统结合旋涡场的方法在三维范围内讨论了火团的形成及其所生成气流的图形学模拟方法，同时，对算法的有效性进行了分析。     

基于物理动力学的烟雾建模与渲染

为了提高三维场景中烟雾模拟的真实性,以粒子系统为基础,对烟雾的运动模型与渲染方法进行了研究.为模拟烟雾扩散特性,提出预定义扩散范围的方法来近似控制烟雾的整体扩散区域,并通过线性增大粒子半径来模拟烟雾粒子的自身扩散.在烟雾运动过程中,基于动力学原理,建立了一种较准确的烟雾运动模型,并分析了烟雾粒子扩散过程中风对粒子的影响.在渲染时,为避免传统粒子系统渲染出的颜色过于平滑,利用图形处理器可编程特性,引入法线贴图计算粒子表面的散射光叠加到粒子本身颜色上,增加了烟雾的层次感和颗粒感.实验结果表明,该实现方法粒子运动更加真实,视觉效果更加逼真.     

粒子系统基本理论及其应用

粒子系统是一种应用广泛而实用的物体建模方法。文章介绍了粒子系统的相关基本理论,讨论了粒子系统在非整体物体模拟和整体物体表面建模以及可形变物体建模中的应用。     

试析粒子系统的三维火焰

介绍了现有的火焰模拟算法,阐明了粒子系统在建模不规则自然景物方面的几个重要优点,并简要讨论了基于粒子系统的三维火焰模拟方法,设计了火焰模拟系统的4个功能模块,探讨了提高粒子系统实时性的方法。     

基于粒子数生成函数的烟雾模拟*

在大规模虚拟战场仿真和复杂环境仿真中,烟雾作为其中的重要组成部分,其模拟具有重要的意义。针对烟雾模拟中难以达到真实性和实时性平衡的问题,引入层次细节技术,减少了模拟中所需要的粒子数目,在满足视觉效果的前提下提高了实时性。引入改进的物理模型与粒子系统相结合,增强烟雾的细节,生成真实感较强的烟雾。此外,还利用烟气抬升高度的阈值控制法来判断粒子的生命情况,使烟雾的模拟更加真实。实验证明,本系统利用有限的粒子数生成了满足视觉真实性和视景系统实时性要求的烟雾场景。     

基于粒子系统的爆炸烟雾模拟

粒子系统是3D技术中模拟烟雾的一种常用方法。本文针对爆炸烟雾的运动方式,通过控制烟雾粒子大小及其运动速度方向以模拟烟雾扩散膨胀,采用粒子法线旋转及粒子采样纹理时顶点旋转来模拟烟雾翻滚效果,通过Alpha混合技术及将粒子四边形转化为球面方法来实现烟雾粒子的绘制过程,使用较少粒子数模拟出较逼真的爆炸烟雾扩散效果。实验表明该方法具有较好的实时性。     

基于 N-S 方程和纹理映射的实时火焰模拟

由于使用数学物理方法模拟火焰动画的计算量太大难以实现实时性,本文提出一种新的火焰模拟方法。该方法结合数学物理方法和粒子系统的优点,采用不可压缩的Navier-Stokes方程作为火焰模拟的物理模型,通过简化外力项的计算来提高计算速度。在渲染火焰时,提出一种新的基于纹理的火焰渲染方法来实现令人满意的火焰动画效果。实验基于OpenGL,以C＋＋编程,使用提出的方法成功实现火焰的实时模拟。     

基于微粒群优化的烟雾扩散的实时研究

在粒子系统的基础上研究了烟雾微粒浓度扩散和微粒内部之间碰撞检测相结合的方法。通过扩散方程建立了烟雾扩散力场,以确保扩散运动轨迹的精确性;为了降低微粒之间的碰撞检测时间,引入了基于空间哈希表的碰撞检测技术。经仿真实验结果证明了该算法不仅能够提高模拟速度以达到实时控制要求,而且能够展示烟雾扩散的真实性。     

跟踪大量粒子运动时对存贮单元的动态管理

本文主要介绍了在变粒子系统粒子模拟中,为存贮大量粒子运动状态,与恒粒子系统粒子模拟不同而必须采用的动态存贮单元管理技术。该方法对各种变粒子系统的跟踪计算均有指导意义。     

基于粒子系统的烟雾模拟

在计算机图形学领域,最热门的一个研究课题就是如何模拟自然景物,它的应用非常之广,但是,很多自然景物的外观是非常不规则的,而且又是随机变化的,所以模拟起来会有很大的难度。到目前为止,粒子系统技术一直被大家认为是模拟像自然景物这类不规则物体的最成功最有效的一个图形生成算法．在深入研究国内各种烟雾模拟方法的基础上,采用粒子系统和纹理贴图技术并结合烟雾运动的基本物理公式实现对烟雾的有效模拟。通过汽车尾气随风飘散的效果,来满足视觉上对烟雾浓度渐变的要求,能够真实地模拟出不断运动变化的烟团。最后．对研究工作进行总结．并对下一步的研究工作进行展望。     

飞机尾翼空中失火的场景模拟

提出了一种粒子系统与物理动力学相结合的算法,较精确地模拟了火焰和烟雾粒子的受力及在空中的运动状态。为了提高模拟速度和真实性,用粒子线性膨胀来近似地达到烟雾扩散的效果,粒子的颜色变化则通过真实火焰燃烧的颜色采样线性插值方式重构。在渲染时,利用粒子排序和Alpha混合,避免了传统粒子系统的颜色饱和问题,再结合纹理映射和Billboard技术,能对场景进行快速的绘制。