基于通用粒子系统模型虚拟战场特效设计

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1、基于通用粒子系统模型虚拟战场特效设计　　摘要：该文总结了基于粒子系统的战场特效仿真方法，通过对粒子系统建模过程的分析，抽取战场特效的共同特性，设计了一个由粒子发射器、粒子、属性修改器和渲染器组成的通用粒子系统模型。并通过该模型对虚拟战场的常见特殊效果进行仿真。关键词：粒子系统；虚拟战场；特效；仿真中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044（2014）05-1119-03TheDesignationforVirtualBattlefieldSpecialEffectBasedonGeneralParticleS

2、ystemModelXUCai-yun，QIAOYou-jin，KONGJun（ArmoredForceInstituteofPLA，Bengbu233050，China）Abstract：Simulationmethodsofvirtualbattlefieldspecialeffectbaseongeneralparticlesystemmodelareconcludedinthisarticle.Throughanalyzingprocessofparticlesystemmodelingandextractingcomm

3、oncharactersofparticlesystem，anparticlesystemmodelcomposedofparticleemitter，particle，attributemodifierandrenderer.Some8specialeffectsofvirtualbattlefieldaresimulatedthroughthismodel.Keywords：particlesystem；virtualbattlefield；specialeffect；simulation粒子系统用一套完全不同于以往造型、绘

4、制系统的方法来构造和绘制场景，能够充分体现不规则物体的动态性、随机性和离散性，被公认为是模拟不规则物体最为成功的一种图形生成算法。烟雾、爆炸、火焰、闪光等战场特效，都可以很方便的粒子系统来模拟。然而，如果对每一种战场特效都使用粒子系统单独建模实现，会造成大量的人力物力和资源的浪费。为此，该文设计了一种基于虚拟战场特效的通用粒子系统模型，对虚拟战场环境中的多种战场特效，只需要简单地修改和设置相关的参数，就能够实现对多种特效的仿真。1粒子系统相关定义用状态空间法对粒子、粒子映射和粒子系统描述如下[1]：1）粒子：一个实数域内具有n个

5、属性的向量。用符号表示为：[Pn={A1，A2...Ai...An

6、n>2，n∈I}]其中[Pn]（Particles）表示粒子，[A1，A2...Ai...An]（Attributes）表示粒子的n个属性，如：粒子的大小、形状、位置、颜色、透明度、速度、加速度、生命周期等。82）粒子映射：鉴于粒子的索引存储，每个粒子有且只有一个索引，需要把粒子逆映射到一个正整数集里，即从[It]到[Pn]的映射，用符号可以表示为：[Q（t）={Pt：It→Pn

7、It?M，n>2，n∈I，t∈R}，ω（i）=Pn]其中[ω（i）]为索引i所对应

8、的粒子的属性和状态，M为索引集，[Pt]为t时刻所有粒子的映射集合，[Q（t）]为粒子映射。3）粒子系统：一个粒子系统就是大量粒子在生命周期里不同时刻的表现的综合，可以由一个粒子映射集的有限集合来表示。转化为符号语言就是：[S（t）={Q（t）

9、t∈{t0，t1，t2...ti...tm}}]其中[S（t）]为粒子系统在[t0，t1，t2...ti...tm]时刻的状态集，表现一个粒子系统在生命周期里的动态变化，[S（t0）]则为粒子系统的初始状态。2粒子系统建模过程粒子系统始终处于动态的变化之中，即不断有新的粒子产生和旧的粒子

10、消亡。在某一给定帧图像，产生的粒子数量可以通过方程来确定，该方程包括一帧上生成粒子的平均数量和方差，或者是屏幕每单位区域上粒子的数量和方差，而粒子消亡是由于生命值耗尽或者其它特殊情况[2]。粒子系统建模过程如图1所示：8图1粒子系统建模过程粒子系统在生命周期中，先后主要经历四个阶段，分别为：产生粒子、更新粒子、删除死亡粒子和绘制粒子[3]。粒子的产生是在某一特定的空间范围内，按照既定规律产生一定数量和初始属性的粒子。粒子的更新就是粒子属性和状态变化的实现。它是模拟不规则物体物理特性的关键，物理的形态变化和运动都是通过粒子的更新来

11、表现的。删除死亡粒子是指将生命值为0或者超出观察距离的粒子删除。粒子的产生、更新和死亡形成了一幅动态的画面，粒子的绘制就是把这幅画面在显示设备上表示出来。3通用粒子系统模型设计以往人们对运用粒子系统模拟特殊效果的研究大致可以分为两种方法，即特例法和属性参数法。特