基于opengl的流体动画模拟研究

《基于opengl的流体动画模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于openGL的流体动画模拟研究流体景物的复杂还在于自然界任一景物都不是孤立的，它与周围的环境以及其它自然景物之间是时刻相互影响、相互作用的。如飘雪场景中风雪的交互作用、草地上的“风吹草动"等等。因此我们绘制某一流体景物时，必须考虑到周围环境的影响，进行整体绘制。现如今对流体景物的模拟在动画、游戏、影视、广告、军事、建筑、虚拟现实等领域都有非常广泛的应用。现在游戏与动画已经成为一个非常重要的产业，在人们的生活中扮演越来越重要的角色。游戏和动画越是运行的流畅，屏幕显示画面越是逼真，玩家就越有一种身临其境之感。而这种沉浸感是和游戏环境中自然景物的逼真模拟分不开的。随

2、着玩家对真实感和实时性的要求越来越高，游戏和动画产业者只有不断的将新的图形学技术运用到生产实践中，才能满足玩家的需求。所以自然景物的模拟对计算机动画和电脑游戏的发展具有重要的推动意义。在电影和广告中，新颖、奇特、令人匪夷所思、瞠目结舌的动作和画面，往往更能给人留下深刻的印象。让人有种耳目一新的感觉，正是电影公司和广告公司设法抓住观众眼球的关键。而这些动作和画面会涉及到危险场面、破坏性场面和需要动物配合的场面，甚至是违背自然规律不可能发生的场面。这些场景若进行实景拍摄不仅会提高制作费用，还可能对人员造成伤害，甚至是现实世界无法做到的。如果利用计算机绘制出高度真实的虚

3、拟自然场景，那么上述困难就可以迎刃而解了。所以自然景物的模拟对影视广告制作具有重要意义，是不可或缺的方式，它既可以节约成本，构造逼真的效果，又能够制作出许多现实世界中难以出现并非常美妙的奇观异象。在建筑景观设计中，建筑师除了在效果图中将建筑物描绘出来之外，还有必要对花草树木等自然景观进行绘制，以到达良好的视觉效果。而这些工作中比较复杂的往往是对建筑物周围的自然景物的描绘。如果采用自然景物模拟的二维纹理绘制技术生成效果图就简单多了。若采用自然景物三维绘制技术则可以进行建筑物体的虚拟漫游。这样，虽然建筑物还没有进行施工建设，人们却已经可以在计算机上非常直观地了解建成后

4、的整体景观及采光效果，甚至用第一视角观察建筑物的室内结构了。在虚拟现实仿真中，自然景物是不可或缺的场景组成部分。在飞行训练和战场仿真中，逼真地重构仿真环境中各种静态和动态的景象，包括云雾、水流、海面、波浪、花草、地形、树木及各种飞机、舰船、车辆的运动和交战情况，以及烟尘、火光和综合音响效果，可以使飞行员或训练人员产生很强的沉浸感，增强仿真训练效果u1。1．2本文的主要研究工作2基于OpenGL的流体动画模拟研究1．2．1对动态云的实时模拟云是一种常见、普遍的自然现象。外观上形态各异而且变化多端，如层云、卷积云、积雨云等；云的色彩丰富，有白云、乌云、彩云等，这些云的

5、不同颜色主要受到太阳光、云自身密度、大气中固体颗粒浓度等许多方面的影响；云的运动更是不可预测，它们时快时慢，时而改变运动的方向，是因为云受到风场、大气湿度、云层温度的影响。我们在生产和生活中有许多方面都和云有着密切的联系。如军事上导弹穿透云层准确的击中目标，民航中1s机在云层中飞行，摄影爱好者拍摄美丽的云景等等。总之，云外观的不规则性、多变性，颜色的多样性和运动的复杂性决定了云的建模和渲染是计算机图形学领域的一个难点问题．对其研究有着重要的理论意义和实用价值。本文利用OpenGL纹理映射技术，通过多幅二维纹理图片对三维动态云进行建模，有效的模拟了实时运动的变化云层

6、，大大简化了建模方法和光照手段，在此基础上提出一种动态云的实时模拟算法。实验结果表明，本文所提出的动态云模拟算法具有简单快速、逼真程度高和实时性强的特点，该算法可用于三维动画中天空场景的模拟和设计等应用领域。1．2．2对礼花的粒子系统模拟粒子系统技术被广泛应用于模拟焰火、流云、浪花、烟雾和雪花等密集场景的三维复杂景物的渲染。在影视、广告、特技制作中，依据此技术生成的奇妙图像可以大大提高观赏效果。粒子系统在科学仿真、科学计算可视化等领域也有广泛应用。这些因素使得粒子系统的应用成为目前的一个研究热点。如今，已有许多利用粒子系统方法模拟自然现象的研究，能够很好地模拟雨、

7、雪、云等三维复杂自然景物。如王静秋[2]和丁纪云[3]等通过分析礼花燃放过程的特点，建立了模拟礼花的模型。可是利用这种方法生成的礼花，如果粒子数多就会影响生成的速度，粒子数少则效果不好。考虑到礼花模拟对实时性和逼真度的要求，本文将粒子系统的关键方法和OpenGL纹理映射技术相结合，设计了一种礼花粒子系统的模拟生成算法。该算法利用粒子系统对礼花的属性和运动特征进行建模，再利用纹理映射技术显示计算得到的每个礼花粒子。实验结果表明，本文所提出的礼花模拟生成算法具有简单快速的特点，并且达到了较好的逼真度，适合实时性较强的应用。1．3论文结构全文共分五章，主要对基于粒子系统

8、模型的礼花