基于OSG的粒子特效仿真研究

针对虚拟现实领域中特殊天气、战斗等场景中需要雾、雨、云、火焰、爆炸等场景特效来提高场景逼真度与兼顾渲染实时性的问题,提出采用基于OSG的粒子系统特效。本文在分析粒子系统实现原理的基础上,利用Open Scene Graph（OSG）2．8．2开源场景图形开发库建立粒子特效系统模块,从而有效地解决特殊场景中对粒子效果的要求。给出一个飞行场景中降雪效果的示例,通过分析帧速率等指标说明OSG可以快速绘制粒子系统。试验结果表明,基于OSG的粒子特效能够很好地满足虚拟现实中对粒子特效逼真度和实时性的要求。     

OSG的粒子特效仿真

OSG是一款市场占有率非常高的3D图形开发库,粒子特效的开发的一直是其难点。在介绍粒子系统的基础上,分析了OSG中的粒子对象类的功能与继承关系,提炼粒子特效仿真的思路,并给出一个粒子特效实例。     

基于OSG与Qt的FAST三维场景仿真

为解决FAST基地可视化的问题,开发了一套基于OpenSceneGraph(OSG)与Qt的三维场景仿真系统。通过三维建模,计算机程序自动化布局,OSG虚拟场景搭建等,将FAST的场景进行仿真显示。通过数据驱动实现对虚拟场景的实时更新,同时采用OSG的粒子系统来模拟雨雪天气特效场景。该系统将FAST的场景实时显现在技术工作人员面前,具有场景漫游,动态演示等基本人机交互功能,可为FAST基地的实践工作提供辅助决策依据。     

GPU支持下基于粒子系统编辑器的特效技术研究

针对粒子系统在计算机游戏特效设计过程中所存在的控制精度不高、运算量大等问题,提出了一种通过粒子系统编辑器生成粒子并基于GPU进行实时渲染的方法.使用粒子系统编辑器能有利于提高粒子系统制作的可控性,而基于GPU的仿真绘制则能够提高大规模粒子系统渲染的实时性.实验证明,GPU支持下的可编辑粒子系统能有效提升计算机游戏开发中...     

粒子系统在虚拟校园中的应用研究

为了增强虚拟校园漫游系统的逼真程度,在分析粒子系统基本原理的基础上,利用视景仿真工具Vega特效模块中的自定义粒子系统功能,在虚拟校园中实时的模拟出雨雪特效.通过对粒子系统中雨雪粒子模型的属性分析,模拟出不同程度大小的雨雪效果,使用户能在不同天气环境下实现校园漫游,从而大大提高了虚拟校园三维场景的真实感.实验结果表明,基于粒子系统和Vega的雨雪模拟,能够有效应用到虚拟场景中,并且使其具有交互性好、真实感强的特点.     

基于Vega Prime的灭火飞机投水特效模拟

为了模拟某型灭火飞机的投水特效,主要研究了基于粒子系统的投水特效.首先阐述了Vega Prime特殊效果模块中粒子系统的基本原理,然后采用面向视点的多边形来表示水粒子,通过具体设置粒子系统中粒子的颜色、透明度、大小、纹理、速度和位置等属性,逼真的模拟了飞机的投水特效.在模拟的过程中,将环境影响因素考虑进去,使用Vega Prime的API函数实现投水特效的实时性,同时将飞机坐标系中的速度转换到渲染的场景坐标系中,实现了投水特效随着飞机运动的效果.实践证明,使用粒子系统模拟飞机的投水特效,使三维真实感更强.     

基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟

基于粒子系统的雨雪模拟大幅提高了三维场景的真实感,但传统的基于中央处理(CPU)的粒子系统的渲染效率难以达到在大规模场景中进行雨雪渲染的要求.为此,提出了一种基于GPU的粒子系统来渲染雨雪场景的算法.该算法在视点前的一个固定区域内产生和绘制粒子,在顶点着色器中进行粒子属性的更新,在几何着色器中将粒子从点扩展为矩形,并对每一帧中的粒子的属性进行缓存处理,保证了粒子属性更新的连续性.此外,采用多幅雪花纹理与粒子随机组合,使雪花效果符合多样性和随机性.实验结果表明,该算法能在大规模场景中进行雨雪效果的实时渲染,并有较高的真实感.     

虚拟飞行场景中事故特效的实时仿真

针对飞机的虚拟飞行仿真中,飞行事故仿真的真实感不强的问题,基于粒子系统, 结合动力学模型,实时渲染了爆炸、火焰、烟雾等飞行事故常见特效。使用四边形粒子代替传统 点粒子,结合纹理映射技术和融合技术,将真实感较强的纹理贴图与背景的帧缓存按照预设的融 合因子进行深度融合,提高了特效的真实感和实时性。通过粒子系统碰撞检测的方法,模拟烟雾 在飞机机舱内扩散,与舱壁发生碰撞的效果。搭建出模拟飞行的虚拟现实仿真系统,实现真实感 和沉浸感都很强的飞机爆炸、起火和冒烟等事故场景实时仿真。     

基于OSG的镜面反射特效的实现

针对虚拟现实领域中如何提高渲染性能的问题,提出采用OSG(Open Scene Graph)图形开发接口实现镜面反射特效.由于镜面反射特效中的反射映像需通过绘制被反射物体的镜像拷贝来实现,而OSG的场景图技术支持对象实例的重用,它可以在一次加载几何体模型的情况下,给模型添加多个父节点,用以绘制不同状态的模型.同时,OSG采用StateSet类管理渲染状态,每个StateSet对象可以自动优化状态设置,使状态转变量最小,从而提升渲染性能.实验证明,用OSG开发库可以快速模拟出真实的镜面反射现象,并有效避免了冗余状态的设置.     

基于OSG粒子系统的雪景模拟

为了模拟真实降雪场景,建立逼真的雪景仿真系统,提出了一种基于OSG (open scene graph)粒子系统的仿真模拟技术,建立以雪粒子受力情况分析为核心的自定义雪粒子模型.该模型分析了雪粒子的具体受力情况,随机确定雪粒子的各初始属性,并在每帧中动态的赋予雪粒子不同的风力值以模拟真实降雪场景中的风力情况,解决了传统模型中雪粒子受力不够真实的情况.实验结果表明,自定义雪粒子模型能够更加真实的模拟降雪场景,具有逼真的仿真效果.     

基于粒子系统的火箭飞行特效仿真的研究

基于粒子系统的特效仿真是运载火箭飞行可视化仿真中的重要环节.本文针对运载火箭飞行仿真中喷射火焰实时仿真难于实现的问题,对基于粒子系统的火箭喷射火焰动态模拟进行了研究.通过对火箭喷射火焰细节、特点的分析,建立了粒子系统的数据结构.详细介绍了算法的具体细节和关键技术,其中包括粒子的初始化和粒子发射器的初始化、粒子系统的更新.最后利用Billboard技术、OpenGL纹理映射等计算机技术实现了具有较强真实感的火箭飞行喷射火焰的实时仿真.     

基于多级粒子系统和新粒子形状的尾焰绘制*

针对目前大规模场景中导弹尾焰等特效绘制计算量大,导致系统实时性差等缺点,给出了一种基于多级粒子系统和新型粒子形状的尾焰绘制方法,在用三角函数勾画出轮廓后,对外部采用圆周发射新形状的粒子,内部采用特殊单面片作为基本粒子形状且用直线运动代替曲线运动,并采用了LOD结合GPU的粒子系统技术,在不影响真实感的情况下减少了计算量,有效提高了大规模场景中尾焰特效绘制的逼真度和实时性。     

基于汽车驾驶模拟器的实时雨雪效果模拟

针对传统粒子系统模拟动态景物不能兼顾系统的真实性与实时性,提出了一种实时雨雪特效模拟算法。该算法采用LOD技术,根据视点与粒子距离对雨雪进行分级,每级粒子进行不同的层次细节描述,同时引入着色器,充分利用GPU图形流水线的可编程性,将粒子系统的存储和运算交由GPU完成。将该算法应用到基于OSG图形开发包构建的汽车驾驶模拟系统中,仿真结果表明,该算法可以生成逼真的视觉效果,同时满足系统实时性的要求。     

通用粒子系统模型优化研究

为提高通用粒子系统特效仿真的真实感,增加战场影响因子的属性和接口,以表现特效对其他作战要素的影响;采用基于双次多精度视点距离优化的系统结构,以提高粒子系统仿真的实时性;为提高渲染效率,结合GPU可编程流水线,利用曲面细分和数据缩放技术,节约存储空间和传输时间的同时增强仿真效果。最后针对优化前后粒子系统的性能,在相同硬件条件下模拟相同的战场特效,对优化后与优化前的粒子系统进行对比,结果表明优化后的系统在仿真中具有较大的优势。     

虚拟雪景物理建模与仿真

基于动力学原理建立了雪花飘落的简化运动模型,并在D3D技术基础上,基于粒子系统的原理,绘制渲染了雪花纷飞的动态虚拟场景。提出了简化粒子发射器模型和碰撞检测方法,并对风力模型作了近似,在保证仿真效果的基础上提高了运算速度。实验结果表明,该方法仿真效果较好,速度快,同时能容易地推广应用到其他诸如雨、烟、雾等虚拟场景的绘制中。     

基于通用粒子系统模型的虚拟战场特效设计

该文总结了基于粒子系统的战场特效仿真方法,通过对粒子系统建模过程的分析,抽取战场特效的共同特性,设计了一个由粒子发射器、粒子、属性修改器和渲染器组成的通用粒子系统模型。并通过该模型对虚拟战场的常见特殊效果进行仿真。     

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.     

喷泉景观的造型设计与模型研究

在分析现有喷泉模拟的基础上，针对喷泉造型的研究相对较少的问题，进行了喷泉造型设计并建模。运用多种数学曲线、曲面方程建立了复杂特殊的喷泉造型模型，并分析喷泉粒子的运动特性建立了喷泉运动模型。采用Visual Studio为编程工具，结合OpenGL技术渲染场景，在Windows XP环境下开发了基于粒子系统的喷泉模拟系统，仿真效果真实。     

基于粒子系统与LOD技术的实时雨雪效果模拟

在虚拟场景中加入雨雪的效果可以大大增加虚拟现实的真实性.粒子系统是模拟雨雪效果的有效方法,但是数量众多的粒子却增加了场景中的顶点数目,给仿真增添了许多困难.通过对粒子系统与LOD技术的深入研究,提出了一种新的应用于大规模场景的雨雪模拟实时算法.该算法的基本思想是结合粒子系统,根据人体视觉深度原理,采用LOD技术,根据粒子与观测点的距离对雨雪的密度进行分级,并对粒子发射器进行优化,提高粒子的利用效率,达到高效仿真的效果.     

基于OSG粒子系统的消防水柱模拟研究与应用

消防水柱的模拟在消防模拟演练中有着广泛的运用．为了模拟真实的消防水枪喷出水柱的效果,建立逼真的仿真场景,提出了一种基于OSG（open scene graph）粒子系统仿真模拟技术,结合场景真实数据的自定义水粒子模型设计方式．该模型依据水柱的两个端点间水平距离和高度差数据,动态的产生水粒子的属性值,解决了传统模型中水柱不够真实的情况,实验结果表明,自定义水柱粒子模型能够真实的模拟消防水枪喷出的水柱,具有逼真的仿真效果．