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1、基于动态纹理和粒子系统的流水模拟文章编号:1673-0291(2005)01-0090-05基于动态纹理和粒子系统的喷泉模拟马 骏,朱衡君(北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京100044)摘 要:喷泉效果可以大大增强虚拟现实系统的沉浸感.粒子系统是实现喷泉效果的有效方法,但该方法由于需要大量三角形单元的绘制,会降低虚拟现实系统的实时性.这里采用矢量控制法来建立粒子系统喷泉模型,然后渲染成一定幅数的连续图像,将这些图像作为贴图,同时采用billboard技术和动态纹理技术实现纹理喷泉的绘制,既保证了系统的真实感,又提高了系统的实时性.关键词:虚
2、拟现实;矢量控制法;粒子系统;动态纹理;喷泉;OpenGL中图分类号:TP391·9 文献标识码:ASimulationofFountainBasedonDynamicTextureandParticleSystemMAJun,ZHUHeng_jun(SchoolofMechanicalandElectronicControlEngineering,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)Abstract:Theeffectoffountaincanconsumedlyenhancetheim
3、mersioncharacteristicofvirtualrealitysystem.Particlesystemisaneffectivemethodforrepresentingfountaineffect.Thismethod,howev-er,candeterioratethereal_timecharacteristicofvirtualrealitysystembecauseofdisplayingagreatnumberoftriangles.Tomaintaintheimmersionandreal_timecharacteris
4、ticofthesystem,vectorcon-trolmethodisproposedtocreatefountainmodelbasedonparticlesystem,andthenaseriesoftexturesarerendered,finally,combinedwithbillboardanddynamictexturetechnologies,texturefountainisachieved.Keywords:virtualreality;vectorcontrolmethod;particlesystem;dynamicte
5、xture;fountain;OpenGL 不规则物体如喷泉、烟雾、云、火焰的绘制在虚拟现实系统和计算机图形学中一直受到关注.目前在这一领域,已经有较多的算法和理论,比如JosStam和EugeneFiume在描述烟、云、蒸气时,建立了风场中气体现象的紊流模型[1];Pakeshi等提出了基于细胞自动机的火焰模型[2];D.S.Ebert等提出用定义实体纹理的方法来表示气体及其运动,并通过变化纹理参数实现动画[3]等.模拟效果较好的方法应首推Reeves的粒子系统理论[4].粒子系统的基本思想是把不规则模糊物体视为由一定数量的粒子组成的粒子群体,
6、每个粒子有共同的属性,如颜色、形状、大小、生存期、初速度等.粒子在随时间的变化过程中,按照所赋予的粒子动力学规律改变其状态,这种粒子运动均可以通过受控的随机过程来模拟实现.国内外一些学者利用粒子系统分别实现了火焰、烟火、雨雪以及扬尘等效果[5~8].由于喷泉属于不规则物体,并且可以认为它是由无数水珠组成的,因此采用粒子系统实现其模型是顺理成章的.万华根利用物理模型和粒子系统模拟了喷泉水流效果[9],但是其模拟方法是基于物理模型基础上的,通过求解Navier_Stokes方程的一个特例来模拟喷泉水流动效果,同时利用元球实现水滴,采用光线跟收稿日期:2
7、004-06-07作者简介:马骏(1975—),男,河北东光人,博士生.email:mj-steed@163.com朱衡君(1950—),男,上海市人,教授,博士,博士生导师.第29卷第1期2005年2月 北 京 交 通 大 学 学 报JOURNALOFBEIJINGJIAOTONGUNIVERSITY Vol.29No.1Feb.2005踪算法绘制,实现较为复杂.另外,采用粒子系统来建立喷泉模型与其它方法相比具有一定优势,如可用较少的计算代价获得真实感较强的仿真效果,但这只是相对而言.由于喷泉粒子系统中粒子的数量可观,同时每
8、个粒子单元一般至少由一个三角形单元组成.因此,在复杂、精细的虚拟场景中实现喷泉效果,势必造成该系统实时性大大降低.这是粒子
