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粒子系统是模拟不规则外形物体以及模糊物体比较成功的方法之一。目前粒子系统在台式电脑上已经做了很多的研究,但在Android平台的研究较少,尤其是针对3D手机游戏设计的粒子系统更为少见。传统粒子系统利用单一的粒子形状和纹理,生成大量的粒子,来模拟景物,对资源造成极大开销,非常不适合在Android移动平台使用。并且,传统粒子系统没有针对3D游戏开发人员进行设计,这样极大地降低了利用粒子系统在Android移动平台开发3D游戏的效率。
为了克服上述的不足,本文从粒子系统本身设计入手,通过粒子形状、粒子纹理、粒子数量生成等方面来改进粒子系统中的模块,然后改进粒子系统结构,最后利用这些改进的技术来尝试模拟常见的自然景物。
首先,针对传统的平面粒子无法随意改变形状,从而无法有效地模拟动态变化的景物不同时期的运动状态的问题,提出固定四棱锥粒子形状和可控制结构粒子形状。分析了这两种粒子形状的绘制方式,解释它们各自的特点,这样的特点能在什么样的景物模拟中进行使用。实验表明,本文提出的粒子结构,并不增加绘制复杂度,不仅能完成传统粒子的功能,还能在不同的景物模拟过程中,依据当时的景物状态特点,改变粒子的形状,增强景物模拟的准确性。
其次,针对传统粒子系统中粒子生成数量较大,不适合在Android移动平台使用的问题,提出三种解决方法。第一,根据景物不同时间和空间的特点,发射不同的纹理粒子;第二,提出基于景物特征纹理和模糊纹理相结合的组合纹理模式;第三,提出基于景物运动特点的粒子生成算法和基于人眼视觉距离的粒子生成算法。实验表明,三种方法,相对于传统粒子生成方法,减少了粒子数量的生成,因此减少系统开销,增强了粒子系统运行效率。
之后,针对传统粒子系统在游戏开发中,单粒子发射器发射多形状组合粒子较为复杂的问题,提出多级粒子发射器的模型。定义粒子加载库、单级发射器、多级发射器的设计模式,定义多级发射器模型的运动模式和属性更新模式。实验证明,利用多粒子发射器模型,能够方便的在空间和时间上设计多种粒子的单独发射和组合发射,极大提高了开发效率。
最后,通过改进喷射火模型和导入瀑布动力学模型,利用本文之前所以改进的算法和模型,在Android平台上进行景物的模拟,实验证明,该系统增强了景物模拟的表现力,也降低了系统开销,适合在Android移动平台上使用。