基于粒子系统的池塘雨景模拟

【摘要】自然现象模拟是计算机仿真领域的一个热门研究方向,这里的自然现象包括海浪、雨、雪、火焰等等。它的用途十分广泛,可以应用于电子游戏、电影特效、虚拟现实等多个行业中。但是,由于其模拟对象往往是不规则的模糊物体,使得传统的建模方法对其并不适用。因此,人们不得不开发新的方法对其进行建模。粒子系统是模拟不规则模糊物体非常有效的一种方法。运用粒子系统,我们可以在保证实时性的前提下仍能获得不错的模拟效果。本文正是在粒子系统的基础上,使用OpenGL和VS2010对池塘雨景这一自然现象进行模拟。模拟的工作主要分为以下三部分：首先,本文的主要目标是实现对池塘雨景的模拟,因而下雨这一部分的实现自然是首要任务。从应用的角度来看,粒子系统可以分为三类：方向粒子系统、结构化粒子系统以及随机粒子系统。方向粒子系统需要考虑粒子之间的相互作用的影响,常用来模拟可以变形的物体或刚体等等；结构化粒子系统一般被用于模拟一些具有固定结构的物体,比如云彩、树木和草等等；随机粒子系统则主要是通过一个随机过程来改变粒子的属性,大多被用于模拟烟雾、火焰、爆炸等场景。鉴于本文下雨现象的模拟不需要考虑粒子之间的相互作用,而且雨点也没有固定的结构,因此采用随机粒子系统对降雨进行模拟。其次,当雨滴落入池塘水面的时候,会在落点处的局部水面产生一圈圈同心圆形状的波纹。这是因为雨滴撞击水面是会产生一个振动源,这个振动源会使附近水面的高度产生波动,其波动的幅度也就是振幅。为了模拟出水面波纹的产生和扩散效果,在本文的设计中,我们在雨滴粒子的属性中加入了波纹的参数。这个波纹的参数有两个：振幅和半径,它们代表了雨滴撞击水面时所产生的初始振动源的振幅和范围大小。产生振动源之后,我们再根据相关算法将振动源进行扩散,以期达到波纹的效果。最后,自然界中下雨的时候,雨点经常会受到风的影响,而且雨势也会有变化。为了使模拟效果更接近真实世界,我们在设计中还加入了风力变量和雨势变量。这两个变量的值都是由用户来操控的。风力变量通过改变雨点在水平方向上的位移来展现风力的效果,而且将根据风力值将雨点绘制成斜的雨线。雨势变量则用于控制产生中新雨滴的间隔时间。雨势变量值越大,则间隔时间越长,雨相应的也就越小；反之,则反。
【作者】姚圆；
【导师】汪继文；
【作者基本信息】安徽大学，计算机技术，2014，硕士
【关键词】粒子系统；池塘雨景模拟；动画技术；

【参考文献】
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