基于粒子系统的自然景观仿真研究

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自然景观模拟是虚拟仿真研究领域中一个重要的研究内容。众多自然景观中,喷泉、火焰、烟雾、降雨、河流、瀑布等都具有不规则几何状态、动态性和随机性,这些特殊自然景观的模型比较复杂,在虚拟仿真的实时模拟过程中需要付出巨大的计算量,尤其是在模拟其动态特效时,其运算开销会影响到虚拟仿真的实时性。对于不规则自然景观,有效的模拟办法是采用粒子系统对其进行仿真。粒子系统使用大量粒子图元,集中生成并添加动态属性更新来模拟特效景观。利用简单的粒子图元,能够构造出在传统计算机图形学中难以模拟的复杂模糊物体,同时呈现出很强的真实感。本文介绍了粒子系统的基本原理,探讨了基于粒子系统的自然景观模拟技术。为了改善特殊景观模拟的实时性和真实性,在粒子景观模型选取、图元选定以及粒子能量层次划分等方面进行了改进,提出了一种基于粒子系统模拟自然景观的改进模型,并选取特效景观瀑布作为动态模糊物体代表,以OpenGL三维图形函数库作为绘图工具,在VC++的开发环境下,基于改进模型对瀑布景观进行了特效仿真模拟。在基于粒子系统方法构建特殊景观模型的过程中,针对粒子图元的选取在数量和视觉特征点上进行优化,以降低粒子的整体数量;根据能量层次划分方法,通过能量水平对粒子受力进行分析,旨在降低仿真系统在碰撞检测方面的运算开销。实验结果表明,在瀑布景观模拟过程中使用改进模型,提高了仿真系统的运算性能,改善了系统的实时性,获得了良好的动态瀑布特效景观。本文提出的基于粒子系统的特殊景观改进模型,对于虚拟现实系统中的特殊景观模拟具有一定的实用价值。
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