基于GPU粒子系统的可交互水波实时模拟-论文.pdf

《基于GPU粒子系统的可交互水波实时模拟-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2014年8月计算机工程与设计Aug．2014第35卷第8期COMPUTERENGINEERINGANDDESIGNVoI．35No．8基于GPU粒子系统的可交互水波实时模拟张艺衡，李晓峰，刘小玲，杨智宇(1．四川大学计算机学院，四川成都610064；2．四川大学视觉合成图形图像技术国防重点学科实验室，四川成都610064)摘要：针对在基于波动方程的水波模拟中存在计算量大的问题，分析大规模场景中的可交互水波实时模拟的特点，提出对波动方程进行近似建模，进行水面高度场建模；采用离散化的构建方式，设计垂直偏移函数和

2、水平偏移函数，结合粒子系统，根据波浪的运动规律进行水面高度场更新。对粒子系统属性进行合理设计，使其可以在GPU上进行属性更新；对粒子进行二维组织，加快粒子系统的遍历速度；设计一组具有4个绘制遍的GPU绘制管道，利用GPU的并行计算能力进行水面高度场的构建。实验结果表明，该算法能够模拟出具有高真实感的可交互水波，绘制效率较高，达到了实时模拟的效果。关键词：可交互水波；粒子系统；高度场；图形处理器；实时绘制中图法分类号：TP391．9文献标识号：A文章编号：1000—7024(2014)08—2831—05Rea

3、l—timeinteractivewaterwavesimulationbasedonGPUparticlesystemZHANGYi—heng，LIXiao—feng，，LIUXiao—ling，YANGZhi—yu(1．CollegeofComputerScience，SichuanUniversity，Chengdu610064，China；2．KeyLaboratoryofFundamentalSyntheticVisionGraphicsandImageforNationalDefense，Sich

4、uanUniversity，Chengdu610064，China)Abstract：Fortheproblemofhugecomputationderivedfromthesimulationofwaterwavebasedonwaveequation，characteris—ticsoflarge-scaleandcomplexvirtualscenewereanalyzed．AnanalysissolutiontOapproximatewaveequationswasproposed，andthewat

5、erheightfieldwasconstructed．AccordingtOthediscretizationidea，apairoflocalverticalandhorizontaldeviationfunctionwasdesigned，togetherwiththeparticlesystemtosimulatethewaves．Furthermore，agroupofreasonableattributesweregiven，withwhichtheupdatingofparticlesystem

6、wasdonemostlyonGPU．Andtheparticleswereorganizedintotwodi—mensionstomaketheparticlesystemiteratingquickly．TheGPUrenderingpipelinewasdesignedwithfourpasses，andthewa—terheightfieldwasdesignedonGPU．Theexperimentresultsshowthatthealgorithmcansimulatetherealtimei

7、nteractivewa—terwavesrealisticallyandefficiently．Keywords：interactivewaterwave；particlesystem；heightmap；graphicprocessingunit(GPU)；real-timesimulation制效率偏低。这2类方程相较而言，波动方程更加简单，对0引言于流体的表面模拟也能达到比较真实的效果。因此，本文将对于可交互水波等流体现象的模拟，目前比较典型的波动方程作为算法的理论基础，并对该方程进行近似建模，方法是

8、数值求解纳维斯托克方程。该方法虽然能够模拟出构建水面高度场，并结合粒子系统进行波浪的实时更新，以具有高真实感的水波，但其数值求解过程需要大量的计算实现具有高效率和高真实感的可交互水波实时模拟。资源，不适用于大规模场景中的可交互水波实时模拟。另1相关工作外，基于波动方程数值求解的水波模拟也是目前应用比较广泛的算法之一，与基于纳维斯托克方程方法类似的是，在水体模拟的早期研究中，主要是针对水面形态及运其数