提高喷泉水流动态模拟效果的改进方法.pdf

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1、2014年4月西安电子科技大学学报(自然科学版)Apr．2014第41卷第2期J0URNAL0FXIDIANUNIVERSITYVoIJ41No．2提高喷泉水流动态模拟效果的改进方法杜淑幸，李小振，王云超(西安电子科技大学机电工程学院，陕西西安710071)摘要：为了提高粒子系统动态模拟效果，笔者以喷泉水流为研究对象，基于粒子系统理论，运用物理动力学原理构建喷泉粒子的运动系统模型．采用OpenGL“直线元”作为基本粒子几何体元，与现有的离散单元如元球、立方体、矩形等比较，其实时性明显提高．为消除三

2、维场景中部分粒子的不可见性，采用呈“△”形的线段组合单元实现水珠的动态模拟．为使喷泉水珠聚束表现喷泉断断续续的柱体形状，还提出利用伪粒子黏度法及OpenGL的混合技术，使喷泉水流的真实感进一步加强．实验表明，文中所采用的改进方法有效地提高了喷泉水流的时效性．关键词：粒子系统；喷泉水流；动态模拟；伪粒子黏度中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1001-2400(2014)02—0097—05Bettermethodforimprovementonfountainflowdynamicsim

3、ulationDShuxing，LIXiaozhen，WANGYunchao(SchoolofMechano—electronicEngineering，XidianUniv．，Xi’an710071，China)Abstract：Forthepurposeofimprovingthedynamicsimulationeffectoftheparticlesystem，thispaperfocusesonstudyingthedynamicsimulationofthefountainflowba

4、sedonparticlesystemtheory．Afountainparticlemotionmodelisconstructedbyapplyingthephysicaldynamicprinciple．ThebeadparticleisstructuredbyusingOpenGL“shortline”asthebasicparticlevoxel，whichperformsbetterinreal-timeprocessingcomparedwithotherbeadparticles，

5、suchassphere，cubeandsquare．Toavoidtheinvisibilityofpartialparticlesin3Dscene，thetechniqueofthe“△”1inecombinationunitisadoptedtoimplementthedynamicsimulationofwaterbeads．Inordertoagglutinatelotsofparticlestoformwaterbeadswithdifferentsizesandshowtheint

6、ermittentcylindershapeofthefountain，thefakeparticleviscosimetryandtheblendoperationinOpenGLarealsoadopted，makingthefountainflowmorerealistic．Experimentindicatesthattheproposedmethodcaneffectivelyimprovetherealityandreal-timeperformanceofthefountainflo

7、w．KeyWords：particlesystem；fountainflow；dynamicsimulation；fakeparticleviscosimetry基于粒子系统进行自然景物动态模拟一直是计算机图形学领域具有挑战性和研究价值的课题，关键技术在于提高模拟的时效性，国内外学者对此作了大量研究_1_6]．针对喷泉水流的动态模拟，很多学者也做了大量工作，如文献[73采用元球作为粒子几何图元，利用物理模型，通过求解Navier—Stoke方程中的一个特例和简单的粒子动力学方程实现喷泉水流的实时运

8、动模拟．文献E8]提出基于动态纹理和粒子系统的喷泉模拟，采用12个三角形单元构成的正方体来模拟水珠几何图元，然后基于公告板技术和动态纹理技术实现喷泉的模拟．文献[9]利用矩形面片以及OpenGL的纹理融合技术，将水珠的二维纹理图片映射到矩形面片上，在视窗中生成动态的喷泉场景．该矩形面片粒子图元较元球和立方体处理效率高，但三维场景下会出现部分粒子的不可见，时效性并不理想．文献[10]采用公告板技术实现三维立体效果．文献[11]通过采用实时地计算视点角度和矩阵变换来解决部分粒子看不见而