基于粒子系统的雨景模拟改进算法研究

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粒子系统在雨景仿真中的研究和应用

粒子系统在雨景仿真中的研究和应用

粒子系统在雨景仿真中的研究和应用【摘要】由于自然现象的不规则性,真实地对自然现象仿真是有难度的,本文详细的介绍了粒子系统的相关内容,并以雨滴粒子为例,系统的介绍了粒子系统在雨景仿真中的应用,通过分析模型中雨粒子的属性及其变化,结合Opengl 技术对雨滴的下落做出了逼真的模拟。

【关键词】虚拟现实;粒子系统;雨景仿真;Opengl0 前言逼真的模拟自然景物是计算机图形学具有挑战性的一个课题,其主要原因是自然景物具有随机变化的形状,造型相对困难以及其表面包含的丰富细节。

目前,已经有较多的算法和理论对不规则物体的模拟,如JoStarm和EugeneFiume建立的紊流模型;D.S.Ebert等提出的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等。

这其中被认为模拟不规则模糊物体最为成功的一种图形生成算法当数Reeves的粒子系统理论,它具有良好的动态性和随机性,能够逼真地模拟动态景物。

因此,对粒子系统方法模拟自然景物方法的研究,有着重要的科学意义和广阔的应用前景。

1 虚拟现实虚拟现实(VR,Virtual Reality),又称做虚拟环境(VE,Virtual Environment),是一种逼真的集合了视、听、触觉的计算机生成环境,从本质上说,就是一种先进的API,用户可以借助必要的设备以一种自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互作用,从而获得一种身临其境的感受和体验。

在虚拟现实技术研究和发展的过程中,其具有三个“I”的特性:①交互(Interaction);②想象(Imagination);③沉浸(Immersion)。

2 粒子系统目前最常使用的过程模型有如下三类:①基于过程的纹理模型;②基于分形理论的算法模型;③基于动态随机生长原理的算法模型。

这其中基于动态随机生长原理的算法模型当中是以Reeves提出的粒子系统为代表,粒子系统是迄今为止被认为是模拟不规则物体最为成功的一种图形生成算法。

基于GPU粒子系统的大规模场景高效雨雪实时模拟

基于GPU粒子系统的大规模场景高效雨雪实时模拟
的点 坐标转换为矩形坐标 , C U从 复杂庞 大的几何运算 中解放 出来 , 而大幅增加 了场景绘制 的微 粒数 , 雨雪场 将 P 从 使
景 模 拟 的 实时 性 和 逼 真 度得 到增 强 。
关键词 : 图形 处理 器; 子 系统 ; 点坐标 系; 粒 视 几何着 色器 ; 雪场景 雨
中图 分 类 号 : P 9 . 源自T 3 19 文献 标 志码 : A
Re li e sm u a i n o a n a no i a tm i l to fr i nd s w n l r e s ae s e e ba e n G PU a tce s se a g -c l c n s d o p r il y tm
W EN iz o g , L U if n Zh .h n I Zh .a g 一,LIGa g 一, L ANG e n I W i
( .C lg o p t c ne w n nU ir t hn d  ̄ u n6 0 6, C ia 1 oeeo C m ue Si c l f r e ,S h n esy a v i ,C eg uS h a 105 hn ; 2 e a oaoyo ud m na S nht io rp i n m g r t n l e ne i unU i rt, hn d i u n60 6 ,C i ) .K yL brt F na e tl ytei V inGa hc a I a e o i a f s,Sc a nv sy C eg uSc a 10 5 hn rf c s sd f Nao D e h ei h a
fo t o l x ou io s e mer o e ain. Th mbe f p ri ls n t e s e r s lr ey i c e s d, a d t us r m he c mp e v l m n u g o ty p r t o e nu ro a ce i h c ne wa ag l n r a e t y n h

基于OGRE粒子系统的下雨效果模拟

基于OGRE粒子系统的下雨效果模拟
认 为 是 目前 模 拟 不 规 则 物 体 最 为 成 功 的 一 种 图 形 生 成 算 法 。
粒子 系统 理论 。F u e 分形 算法 采 用 迭代 方 法产 生 粒子 。 o mir 计 算量 很大 ;而 粒子 系 统理 论 主要 是 对不 规 则 的模 糊 物体 进 行
模拟 。
简化 , 有力 地保证 了集群 系统 的高 效 、 稳定 运行 。
参考 文献 : [ ] ( ) E L MA T W , I HARD S ON .I X 程 序 设 计 ( 1 英 N I T HE R C T ESLNU 第 3版 )M]陈健 , [ . 宋健 建 , 北京 : 民邮 电 出版 社 ,0 7 译. 人 20 .
3 结束 语
目前 , 种新 的 I 这 O负 载 均衡 方 式 和 这 套 “ Q集 群 系统 管 Z
理 工 具 ” 主 要 应 用 于 大 庆 油 田 与 美 国 西 方 公 司 O e a软 件 相 mg
[ ] ( ) C A L KJ H S NLn x 用程 序 开 发 ( 2版 ) M] 2 美 MI H E . N O .i 应 O u 第 [ .
的 效果 。
关 键 词 : 拟 现 实 ; GR 粒 子 系统 ; 质 虚 O E; 材
中 图 分 类 号 :P 1 .1 T 3 11
文献标 识码 : A
文 章 编 号 :6 2 7 0 ( 0 0 0 — 0 5 0 17 — 80 2 1 )4 0 1 — 3
O R G E粒 子 系统 支持 脚本 语 言 . 以在 脚本 中设 置 粒子 和 可
量 的不 规则 的物 体 , 比如 云 、 烟雾 、 尘 、 雪 、 灰 雨 飞沙 走 石 、 火 焰 等 。 这些 现象 的模拟 是计 算机 图形 学 的一个 研究 热点 。目前 对

《基于改进粒子群算法与MikeHydroBasin软件的阳泉市水资源优化配置研究》范文

《基于改进粒子群算法与MikeHydroBasin软件的阳泉市水资源优化配置研究》范文

《基于改进粒子群算法与Mike Hydro Basin软件的阳泉市水资源优化配置研究》篇一一、引言随着社会经济的快速发展和人口的不断增长,水资源的需求日益增大,而水资源的短缺问题逐渐成为全球性的难题。

中国作为一个拥有众多城市的大国,尤其面临这一问题的挑战。

在此背景下,阳泉市作为山西省的一个重要城市,其水资源优化配置问题显得尤为重要。

本文旨在通过改进粒子群算法与Mike Hydro Basin软件相结合的方式,对阳泉市的水资源进行优化配置研究。

二、阳泉市水资源现状阳泉市位于山西省中东部,地势较为复杂,气候类型多样。

近年来,随着城市化进程的加快和工业的快速发展,水资源的需求量大幅增加,而水资源的供应却面临着诸多挑战。

主要问题包括:水资源分布不均、水污染严重、水资源浪费等。

因此,对阳泉市的水资源进行优化配置显得尤为重要。

三、改进粒子群算法在水资源优化配置中的应用粒子群算法是一种基于群体行为的优化算法,具有收敛速度快、全局搜索能力强等优点。

针对传统粒子群算法的不足,本文提出了一种改进的粒子群算法。

该算法通过引入动态调整权重、自适应调整速度等策略,提高了算法的搜索效率和精度。

将改进的粒子群算法应用于阳泉市的水资源优化配置中,可以更好地解决水资源分配不均、浪费等问题。

四、Mike Hydro Basin软件的应用Mike Hydro Basin是一款集水文模拟、水资源管理、水环境分析等功能于一体的软件。

通过该软件,可以建立详细的水资源模型,对水资源的分布、流动、利用等进行模拟和分析。

将改进的粒子群算法与Mike Hydro Basin软件相结合,可以更好地对阳泉市的水资源进行优化配置。

五、基于改进粒子群算法与Mike Hydro Basin软件的水资源优化配置研究本研究首先通过Mike Hydro Basin软件建立阳泉市的水资源模型,然后运用改进的粒子群算法对模型进行优化。

具体步骤包括:确定优化目标、建立目标函数、设置约束条件、运行算法等。

粒子系统在雨景仿真中的研究和应用

粒子系统在雨景仿真中的研究和应用
原理的算法模型 。这其中基 于动态随机生长原理 的算法模 型
当中是以 R ee 提 出的粒子 系统为代表 . evs 粒子系统是迄今为 止被认为是模拟不规则物体最为成功的一种图形生成算法。
自然景物方法 的研究 . 有着重要 的科学意义和广 阔的应用前
景。
21 粒子系统简介 . 用大量 的、 具有一定生命 的粒子 图元 来描述 自然界不规
【 关键词 】 虚拟现 实; 系统 ; 粒子 雨景仿真 ;pnl O eg
Pa t l si e Ra n o e S mu a i n o n s a e S se Re e r h a d Th p ia in r i e Th i fTh i l t fLa d c p y t m s a c n e Ap l t c n o c o
则 的模糊景物是粒子 系统模型的基本思想 。粒子系统中的粒
1 虚 拟 现实
虚拟现实( R, iu ely, V Vr a R ai)又称 做虚拟环境(E, i tl t V Vr -
d c d t e p ril y t m ea e o t n , n o ri sa x mp e o ep r ce s se si t d c d i e r i a t l y tm f u e h at e s se r lt d c n e t a d t a n a n e a l ft a t l y tms i nr u e n t an p r ce s se o c h i o h i t e smu ai n o n s a e a p iai n t r u h t e a ay i d l e p o et n t c a g o tri g p r ce , o ie i h i lt fl d c p p l t , h g n l ssmo e t rp r a d i h n e c sa r a t ls c mb n d w t o a c o o h f o h y s n i h

基于粒子系统的大规模漫游环境实时降雨模拟

基于粒子系统的大规模漫游环境实时降雨模拟

基于粒子系统的大规模漫游环境实时降雨模拟李占利;吕淑丽【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2014(000)001【摘要】降雨是一种重要的自然现象,对降雨的模拟可以大大提高虚拟场景的真实感,粒子系统是模拟降雨的一种有效方法。

针对已有降雨模拟方法的不足,提出一种应用于大规模漫游环境下实时降雨的新方法。

首先通过分析雨的行为,建立恰当的雨滴粒子模型;其次通过在极坐标内生成雨滴粒子,提高粒子的利用率;最后就风对于雨滴的干扰作用进行计算,模拟出了逼真的雨滴运动过程。

实验表明,该方法生成的大规模漫游环境下的雨景真实自然,实时性高,具有一定的实用价值。

%Raining is an important natural phenomenon.Simulation of raining will greatly improve the reality of virtual scene,and the particle system is an effective way to simulate raining.To solve the shortage of previous simulation method,we put forward a new approach for the simulation of raining in large-scale roaming terrain.First,a proper raindrop particle model is built by analysing the actions of the rain;then,the utilisation rate of particles is improved by generating the raindrop particles in polar coordinates.Finally,the interference of the wind on raindrops is calculated so that the verisimilar movement process of raindrops issimulated.Experimental results show that the raining scene in large-scale roaming terrain generated with this method is real,natural and with high real-time performance,it has certain applied value.【总页数】5页(P214-217,228)【作者】李占利;吕淑丽【作者单位】西安科技大学计算机科学与技术学院陕西西安710054;西安科技大学计算机科学与技术学院陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TP391【相关文献】1.基于粒子系统的三维场地降雨实时模拟 [J], 罗维佳;都金康;谢顺平2.基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟 [J], 刘小玲;杨红雨;郭虎奇3.基于粒子系统的实时降雨、降雪模拟 [J], 刘芳;佟巍4.基于GPU粒子系统的大规模场景高效雨雪实时模拟 [J], 文治中;刘直芳;李纲;梁威5.基于粒子系统的实时降雨模型 [J], 宋刚;范晓磊因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

粒子系统论文:列车驾驶仿真器视景仿真之雨雪现象的模拟

粒子系统论文:列车驾驶仿真器视景仿真之雨雪现象的模拟

粒子系统论文:列车驾驶仿真器视景仿真之雨雪现象的模拟【中文摘要】随着我国轨道交通的高速发展,对列车驾驶人员安全行车提出了更高要求。

而雨雪天气直接影响列车驾驶安全,培训列车驾驶人员雨雪天气下的安全行车凸显重要。

雨雪天气下,车窗玻璃上的雨滴或雪花影响列车驾驶人员的视觉。

在列车模拟驾驶器视景中加入模拟雨雪天气下车窗的效果,可提高列车驾驶仿真环境的逼真度。

本论文选择粒子系统为数学模型,模拟列车视景仿真中的雨雪现象。

选用三维建模软件MultiGen Creator建立雨刮器模型。

选用C++、实时三维渲染软件开发包OpenGL Performer、三维图形接口OpenGL 和着色语言GLSL模拟车窗雨滴和雪花,以及雨刮器功能。

本论文首先介绍粒子系统的基本模型,并结合列车运行的特点,给出列车视景仿真场景粒子和车窗粒子的模拟方法。

论文将车窗粒子分为静态粒子和动态粒子,静态粒子用来实现雨雪附着在车窗的效果;动态粒子用来实现雨滴在车窗滑落动的动态效果。

再次,本论文中将车窗平面分成网格,以格子为基本单元给出了雨滴滑动的模拟方法;运用OpenGL平台实现了雨滴在车窗上滑动后留下的轨迹。

并在OpenGL Performer 平台上实现了雨刮器在车窗上摆动的效果,结合车窗粒子系统实现了雨刮器的功能。

最后,在现有列车视景仿真的基础上,本论文采用GPU 可编程技术,通过改变GPU固定流水结构的程序,以OpenGL建模的方法实现车窗雨滴物理效果的模拟。

本论文最终实现了列车车窗粒子效果的仿真,提高了雨雪天气下视景仿真的真实感,满足视景仿真实时性的要求,达到了列车驾驶仿真器视景仿真的需求。

【英文摘要】With the rapid development of rail transportation, the train divers on the training of safety regulations put forward higher requirements. Moreover, the rain and snow directly affect the safety of train drivers, train driver training under the rain and snow highlights the magnitude of safe driving. Under rain or snow weather, raindrop or snow on the train window impact the train driver’s vision. The rain and snow simulation is added to train driving simulator visual can raise train driving environment simulation fidelity.In this thesis, the mathematical model selected particle system to simulate rain and snow phenomenon of train visual simulation. MultiGen Creator of establishthree-dimensional modeling software used to model wiper. Use C++, real-time three-dimensional rendering software development kit OpenGL Performer, OpenGL three-dimensional graphical interface and shading language GLSL simulate particles and wiper on train window, and the function of wiper.This paper introduces the basic model of particle systems, combining the characteristics of train operation, give a method of simulating particles which are in scene and train window. Papers will be divided into static particles and dynamicparticles on train window. Static particles used to simulate particle of attached to train window. Dynamic particles use to simulate particle of moving on train window. Again, plane of train window will be divided into several lattices. To lattice as the basic unit, papers give a measure that raindrop move on train window. Using OpenGL platform draw the track left by raindrop sliding. And using OpenGL Performer draw the wiper on train window. The wiper function has been achieved. Finally, using programmable GPU technology change the fixed program on GPU. Using the OpenGL platform render the physical effect of raindrop based on the train scene simulation.In this thesis, an ultimate simulation of particle on train window has been achieved. The result of simulate particle on train window improved rain and snow weather realistic visual simulation, and fulfill the requirements of real-time visual simulation. The effect of rendering meets the requirements of scene simulation of train simulator.【关键词】粒子系统图形处理器雨雪雨刮器雨滴滑动【英文关键词】particle system GPU rain and snow wiper raindrops sliding【目录】列车驾驶仿真器视景仿真之雨雪现象的模拟摘要6-7Abstract7第1章绪论10-16 1.1 研究的背景和意义10-11 1.1.1 课题的研究背景10-11 1.1.2 课题的研究意义11 1.2 国内外研究现状11-15 1.2.1 国外研究现状11-12 1.2.2 国内研究现状12-15 1.3 本文研究的工作15 1.4 论文的组织15-16第2章粒子系统16-24 2.1 粒子系统基本原理16-17 2.2 粒子系统的基本模型17-22 2.2.1 粒子的属性17-18 2.2.2 粒子的生命过程18-21 2.2.3 粒子的数量21-22 2.3 粒子的绘制22-23 2.4 粒子系统的实现23-24第3章图形渲染过程24-36 3.1 3D图形处理流水线24-28 3.1.1 顶点处理24-28 3.1.2 光栅化28 3.1.3 片段处理28 3.2 图形处理器的发展28-31 3.3 OpenGL介绍31-36 3.3.1 OpenGL渲染流水线31-33 3.3.2 GPU编程33-36第4章雨雪仿真的建模36-52 4.1 场景雨雪粒子36-37 4.2 车窗雨雪粒子37-46 4.2.1 静态雨雪粒子38-39 4.2.2 动态雨滴粒子39-46 4.3 雨刮器功能实现46-49 4.4 车窗物理效果实现49-52第5章雨雪模拟的实现52-70 5.1 系统构成52-53 5.2 雨刮器的模拟53-57 5.3 雨雪的模拟57-65 5.3.1 场景中雨雪的模拟57-59 5.3.2 车窗雨雪的模拟59-60 5.3.3 车窗雨滴滑动的模拟60-63 5.3.4 基于GPU车窗雨滴的模拟63-65 5.4 绘制结果65-68 5.5 绘制结果分析68-70结论70-72致谢72-73参考文献73-76攻读学位期间发表的论文76。

基于改进粒子群算法的暴雨天气实时预警方法

基于改进粒子群算法的暴雨天气实时预警方法

基于改进粒子群算法的暴雨天气实时预警方法
魏海茹;李冬梅;褚红瑞;邓国政;张庆中
【期刊名称】《信息技术》
【年(卷),期】2022(46)11
【摘要】现有的暴雨预警方法对暴雨天气因子权重计算精度不足,导致预警效果较差,因此以改进的粒子群算法为基础提出一种新的暴雨天气实时预警方法。

采用机器语言二进制编码策略,改进基本粒子群算法;构建暴雨天气预警的神经网络模型,将暴雨天气影响因子作为模型输入项,采用改进粒子群算法计算影响因子权重,判断出关键影响因子为云层厚度,输出值即为降雨量预测结果,实现暴雨天气实时预警。

实验结果表明,所提方法能够更好地实现暴雨的精准预警。

【总页数】6页(P95-99)
【作者】魏海茹;李冬梅;褚红瑞;邓国政;张庆中
【作者单位】山西省运城市气象局;运城市水利发展中心;山西省运城城市管理局【正文语种】中文
【中图分类】TP301
【相关文献】
1.基于改进粒子群算法的天基预警系统资源调度方法
2.基于改进主元分析方法的隧道应变实时监测预警系统
3.基于改进粒子群算法的模糊神经网络及其在短时天气预报中的应用
4.基于WebGIS的河南省实时天气监测预警系统设计
5.接入实时降雨数据的暴雨型洪涝灾害临灾预警方法
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基于OGRE粒子系统的下雨效果模拟

基于OGRE粒子系统的下雨效果模拟

基于OGRE粒子系统的下雨效果模拟
郑旭
【期刊名称】《软件导刊》
【年(卷),期】2010(009)004
【摘要】虚拟现实系统中,虚拟场景的构建是非常重要的研究课题.为了使虚拟场景更加接近于现实生活中的自然景物,在场景中要模拟诸如云、雨、雪、烟雾等自然现象,这些自然景物的模拟直接关系到虚拟现实系统中人机界面的构成,也更直接影响到该系统整体功能的实现.为了实现对雨天的模拟,通过对OGRE粒子系统原理以及粒子脚本语言和材质脚本语言的分析,提出一种基于OGRE粒子系统的雨天模拟方法,在该图像渲染引擎下实现了下雨天的效果.
【总页数】3页(P15-17)
【作者】郑旭
【作者单位】中国地质大学,信息工程学院,湖北,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TP311.11
【相关文献】
1.基于 OGRE 粒子系统的喷泉模拟 [J], 张磊;黄亚玲
2.基于OGRE粒子系统的烟花模拟 [J], 周海波;陈福民;李莉娅
3.基于OGRE粒子系统的下雨效果模拟 [J], 郑旭
4.基于粒子系统的虚拟战场环境特殊效果模拟 [J], 蒋道琛;汪继文
5.基于四叉树粒子系统的天气效果模拟算法 [J], 倪桂强;唐斌;罗健欣;刘磊
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基于粒子系统的雨景模拟改进算法研究

基于粒子系统的雨景模拟改进算法研究

基于粒子系统的雨景模拟改进算法研究摘要:针对传统粒子系统技术生成虚拟场景速度太慢无法满足仿真系统实时性要求的缺点,在介绍粒子系统传统算法的基础上,以模拟自然界降雨过程为例,提出了基于粒子系统的雨景模拟改进算法,并最终取得了较为逼真的降雨过程视觉效果。

该模型方法简单实用,可很方便地嵌入到现有的各种动画系统中。

关键词:计算机仿真;粒子系统;雨景模拟;实时生成中图分类号:tp312文献标识码:a文章编号:1672-7800(2012)012-0046-030引言随着计算机图形学理论和图形硬件的飞速发展,自然景物的生成与模拟已经成为计算机图形学研究的热门课题之一。

尤其是对如雨、雪等动态自然景物的模拟更是极具挑战性,这是由于在现实世界中的自然景物具有极其丰富的表面纹理细节和不规则的表面外形,它们的逻辑结构很难表达,若对在微机条件下的场景实时生成采用传统的计算机图形学方法来造型,再对场景进行实施渲染,巨大的计算量将成为图形生成显示难以逾越的瓶颈。

因此,如何才能实时有效地模拟各种自然景物过程并提高虚拟场景的逼真性就成了计算机图形学研究的一个重要内容。

本文从视景仿真的实时性要求出发,首先介绍了粒子系统的传统算法,然后以模拟自然界降雨过程为例,分析了雨点的属性特点,提出了基于粒子系统模拟自然界降雨过程的实时生成改进算法,建立并实现了一种能够模拟降雨过程的粒子系统。

该系统对雨水下降过程中的物理模型等进行了适当简化,在保证粒子系统实时性的前提下,达到了较高的逼真度,并可方便地嵌入到现有的各种动画系统中去,应用前景十分广阔。

1基于传统粒子系统的雨景模拟算法这里首先对坐标系及相关变量作出相应说明,假设系统中模型空间坐标系采用右手坐标系,摄像机的初始位置为(0,0,0),方向为z轴负方向。

所用到的变量包括视距体参数、视窗尺寸、摄像机参数等。

视距体参数包括水平视角与垂直视角α、β,近平面距离dnear,远平面距离dfar。

视窗尺寸包括视窗高度hscreen、视窗宽度wscreen。

基于粒子系统的雨天实时仿真方法

基于粒子系统的雨天实时仿真方法

Vol. 42 Nv4Oci42020第42卷第5期2020年10月!"#制%&'Command Control & Simulation文章编号:1673-3819( 2020) 05-0070-06基于粒子系统的雨天实时仿真方法!刘剑超,林亚军,王述运,董 斐(海军航空大学教练机模拟训练中心,辽宁葫芦岛125001)摘要:为了解决传统雨天三维场景绘制速度慢、效率低、效果差等实际工程应用问题,基于粒子系统,从雨滴的生成、运动到雨滴落地的整个过程,提出了一种大规模雨天环境的渲染方法。

该方法采用Transform Feedback 技术对雨滴的运动进行绘制,实现了雨滴着色、飞溅水花、动态涟漪等渲染效果,利用OpenGL 的离屏渲染特性,采用程序化 的方法,根据一张纹理,持续地生成一张新的、有动画圆圈的、代表涟漪的法向量纹理,实现了动态涟漪的算法流程。

通过雨滴的分布状态、雨滴的运动和雨滴的尾迹现象三方面的分析,实现了雨滴在透明玻璃表面的形成效果。

最后,使用一张路面纹理mask ,高度限制在* 0,1],实现了路面积水渲染效果,并给出了着色算法。

收稿日期:2020-04-30修回日期:2020-06-30*基金项目:国家自然基金重点项目(61632003);国家自然基金与新加坡国家基金会合作项目(61661146002)作者简介:刘剑超(1982&),男,河北唐山人,硕士,工程师,研究方向为飞行仿真、舰载机理论。

林亚军(1970&),男,博士,高级工程师。

关键词:雨滴;粒子;着色算法;纹理中图分类号:TP391. 9 文献标志码:A DOI : 10国969力防sn.1673-3819国020国5国14Method of Rainy 3D Scene Real-time Based on Particle SystemLO Jian-chav , LIN Ya-jun , WANG Shu-yun , DONG Fai( FeghiS mueaion Taa1n1ngCenieaooTaa1nea , NaeaeAeaion Un eeasiy , Hueudao125001 , Ch1na )Abtrracr : In oadeaiosoeeeihepaacicaeeng1neea1ngappecaion paobeemssuch asseowaendeangspeed , eowe o cencyandpooae o eciooiaad ionae3Dscene1n aa1nyday , ih spapeapaoposesameihod ooaendeangeaage-scaeeaa1nydayeneaonmeni abouiihegeneaaion and moeemeniooaa1ndaopsiosmueaieihewhoeepaocessooaa1ndaopseand1ng.Based on ihepaaiceesys-iem , ih spapeapaesenisaaendeangmeihod ooeaage-scaeeaa1nyeneaonmeni , oaomihegeneaaion and moeemeniooaa1ndaops ioihewhoeepaoce s ooaa1ndaopseand1ng.Th smeihod usesiaansooam oeedback iechnoeogyiodaaw ihemoeemeniooaa1n-drops , realizes the rendering effects of raindrop celoring, splashing water, dynamic ripples and so on. Using the off-screenaendeaongchaaacieaosiocsooOpenGLand ihepaogaammed meihod , accoadongioaiexiuae , conionuouseygeneaaiesanewnoa-mai vector texture representing ripples with animation circles , and realizes the alyorithm flow of dynamic ripples. Through the analysis of the distribution , movement and wake of raindrops , the formation elect of raindrops on the suiace of transparentglas s is realized. FinXly , this paper uses a pavement texture mask , the height is limited to [ 0,1], and realizes the water rendering effect of the road area, and gives the celoring alyorithm.Key wordt : raindrops ; particles ; celoring alaorithm ; texture传统的雨天三维场景的渲染绘制速度慢,而且当 面临海量雨滴的时候运动计算以及绘制效率低下,同时,雨天场景的绘制效果单一,往往只考虑雨天场景的 某一种特效,例如,天空降雨过程,或者地面积水过程等,没有组织形成统一的雨天真实感场景。

基于粒子系统的实时降雨、降雪模拟

基于粒子系统的实时降雨、降雪模拟

基于粒子系统的实时降雨、降雪模拟刘芳;佟巍【摘要】Based on the theory of particle system, the simulation of the snow, rain and their real simulation in wind field in the virtual environment was implemented in this paper. The paper firstly illustrated the basic simulation principle of the particle system, and then descripted and analyzed the characteristic of the rain and the snow under the influence of the wind field; put forward the overall train of thought of the rain and the snow simulation. The paper simulated the rain and the snow according to the characteristics of the rain and the snow, the aerodynamics theory of them. By improved the Four-point linear water ripple simulation algorithm, the Eight-point water ripple linear algorithm was adopted to simulate the water ripple formed by the raindrops, atomization factor was applied to solve the fuzzy problem of snow environment.%基于粒子系统理论实现了虚拟环境中降雪、降雨及其在风场中的模拟。

基于粒子系统的实时雨模拟

基于粒子系统的实时雨模拟

基于粒子系统的实时雨模拟
李苏军;吴玲达
【期刊名称】《计算机工程》
【年(卷),期】2007(033)018
【摘要】基于流体动力学和粒子系统理论,给出了一种实时生成三维雨的方法.算法以矩形基本粒子对雨粒子进行造型,采用动态纹理映射技术和透明度扰动方法,根据雨滴的降落运动方程,来描述不同大小雨粒子受到重力和空气浮力、阻力影响时的运动效果,采用与视点相关技术动态生成三维降雨场景.与传统的雨模拟算法相比,该算法既正确模拟了雨的运动行为,又降低了计算复杂性,真实再现了雨的三维视觉效果,在满足实时交互漫游的前提下表现出较强的真实感,具有一定的实用价值.
【总页数】3页(P236-238)
【作者】李苏军;吴玲达
【作者单位】国防科学技术大学多媒体研究开发中心,长沙,410073;国防科学技术大学多媒体研究开发中心,长沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于GPU粒子系统的可交互水波实时模拟 [J], 张艺衡;李晓峰;刘小玲;杨智宇
2.基于粒子系统的实时降雨、降雪模拟 [J], 刘芳;佟巍
3.基于粒子系统的大规模漫游环境实时降雨模拟 [J], 李占利;吕淑丽
4.基于云模型与粒子系统自然雨模拟 [J], 王兆红
5.基于三维粒子系统的雪灾模拟与实时绘制方法 [J], 杜志强;刘雅玉
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基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟

基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟

基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟刘小玲;杨红雨;郭虎奇【期刊名称】《计算机工程与设计》【年(卷),期】2012(33)6【摘要】Three-dimensional effect of rain and snow scenery by particle system is greatly enhanced. While, the traditional particle system based on CPU is hard to satisfy the real-time simulation, especially for large-scale scene To solve this problem, a GPU based on particle system is put forward to simulate rain and snow. In this system, all particles is generated in perspective coordinate system in a cube area in front of the viewpoint, the attribute of particles is updated in vertex shader, and the particle points will be expanded to rectangles in geometry shader. Besides, the algorithm put several snow flake pictures to use, and each snow particle combine with one of the picture randomly, which makes snow correspond with diversity and randomness. The experimental results show that the algorithm can simulate rain and snow realistically in real-time in large-scale scene.%基于粒子系统的雨雪模拟大幅提高了三维场景的真实感,但传统的基于中央处理(CPU)的粒子系统的渲染效率难以达到在大规模场景中进行雨雪渲染的要求.为此,提出了一种基于GPU的粒子系统来渲染雨雪场景的算法.该算法在视点前的一个固定区域内产生和绘制粒子,在顶点着色器中进行粒子属性的更新,在几何着色器中将粒子从点扩展为矩形,并对每一帧中的粒子的属性进行缓存处理,保证了粒子属性更新的连续性.此外,采用多幅雪花纹理与粒子随机组合,使雪花效果符合多样性和随机性.实验结果表明,该算法能在大规模场景中进行雨雪效果的实时渲染,并有较高的真实感.【总页数】5页(P2398-2401,2436)【作者】刘小玲;杨红雨;郭虎奇【作者单位】四川大学计算机学院,四川成都610064;四川大学计算机学院,四川成都610064;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;四川大学计算机学院,四川成都610064【正文语种】中文【中图分类】TP391.9【相关文献】1.一种基于GPU的大规模水面实时模拟方法 [J], 谭小辉;万旺根;余小清;崔滨2.基于GPU粒子系统的战场实时雨雪效果模拟 [J], 张汉清;张科3.基于GPU雨场景的实时模拟 [J], 唐玉蕾;袁赞;吴志红4.基于GPU粒子系统的可交互水波实时模拟 [J], 张艺衡;李晓峰;刘小玲;杨智宇5.基于GPU粒子系统的大规模场景高效雨雪实时模拟 [J], 文治中;刘直芳;李纲;梁威因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

基于粒子系统雨雪模拟计算机毕业论文

基于粒子系统雨雪模拟计算机毕业论文

基于粒子系统雨雪模拟计算机毕业论文摘要粒子系统在计算机图形学中得到了广泛应用,其中雨雪模拟是一个重要的应用领域。

本文通过研究粒子系统的基本原理和相关算法,设计了一种基于粒子系统的雨雪模拟方法。

该方法实现了雨滴和雪花的粒子效果,同时考虑了风速和温度等环境因素对雨雪模拟的影响。

通过实验验证,该方法能够较好地模拟不同环境条件下的雨雪效果,具有一定的实用价值。

关键词:粒子系统;雨雪模拟;风速;温度;计算机图形学AbstractParticle system has been widely used in computer graphics, and rain snow simulation is an important application field. In this paper, by studying the basic principles and related algorithms of particle system, a rain snow simulation method based on particle system is designed. The method realizes the particle effect of raindrops and snowflakes, and considers the influence of environmental factors such as wind speed and temperature on rain and snow simulation. Through experimental verification, the method can well simulate rain and snow effects under different environmental conditions, and has certain practical value.Keywords: particle system; rain and snow simulation; wind speed; temperature; computer graphics1. 绪论雨雪模拟是计算机图形学中的一个重要应用领域,它能够为游戏、电影等领域提供逼真的气氛效果。

基于粒子系统与LOD技术的实时雨雪效果模拟

基于粒子系统与LOD技术的实时雨雪效果模拟

基于粒子系统与LOD技术的实时雨雪效果模拟
陈华杰;余小清;唐经洲;万旺根
【期刊名称】《计算机仿真》
【年(卷),期】2008(000)004
【摘要】在虚拟场景中加入雨雪的效果可以大大增加虚拟现实的真实性.粒子系统是模拟雨雪效果的有效方法,但是数量众多的粒子却增加了场景中的顶点数目,给仿真增添了许多困难.通过对粒子系统与LOD技术的深入研究,提出了一种新的应用于大规模场景的雨雪模拟实时算法.该算法的基本思想是结合粒子系统,根据人体视觉深度原理,采用LOD技术,根据粒子与观测点的距离对雨雪的密度进行分级,并对粒子发射器进行优化,提高粒子的利用效率,达到高效仿真的效果.
【总页数】4页(P194-197)
【作者】陈华杰;余小清;唐经洲;万旺根
【作者单位】上海大学通信与信息工程学院,上海,200072;上海大学通信与信息工程学院,上海,200072;南台科技大学电子工程系,台湾,台南,73502634;上海大学通信与信息工程学院,上海,200072
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.基于GPU粒子系统的战场实时雨雪效果模拟 [J], 张汉清;张科
2.基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟 [J], 刘小玲;杨红雨;郭虎奇
3.基于GPU粒子系统的大规模场景高效雨雪实时模拟 [J], 文治中;刘直芳;李纲;梁威
4.基于粒子系统和Vega的实时雨雪模拟 [J], 杨述华;廖守亿;王仕成;张金生
5.基于粒子系统和纹理滚动的实时雨雪模拟 [J], 周凯波;张建伟;梁海军
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基于视频动态纹理与粒子系统的雨景模拟

基于视频动态纹理与粒子系统的雨景模拟

基于视频动态纹理与粒子系统的雨景模拟
李莉
【期刊名称】《河北大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2011(031)004
【摘要】用计算机来模拟雨景是影视制作中经常面临的一个课题.目前主要采用的粒子系统方法一般都需要大量的粒子和复杂的物理模型,而基于视频处理的降雨绘制算法虽然能用于图像和视频处理,还无法支持三维场景的绘制.本文提出了基于视频动态纹理与粒子系统相结合的思想,结合了粒子系统随机性、高效性,视频纹理方法简单,计算量小的特点,基于VC++和OpenGL平台对算法进行了模拟,通过实验在满足真实感的同时兼顾实时性.
【总页数】5页(P434-438)
【作者】李莉
【作者单位】燕山大学河北省工业计算机控制工程重点实验室,河北秦皇岛066004
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于粒子系统与纹理映射的自适应雨景仿真系统研究 [J], 芮乐军
2.基于粒子系统与纹理映射的空气分离可视化模拟 [J], 金斌英;徐敬华
3.基于动态纹理和粒子系统的喷泉模拟 [J], 马骏;朱衡君
4.基于粒子系统的雨景模拟改进算法研究 [J], 叶丽娜;
5.基于粒子系统的雨景模拟改进算法研究 [J], 叶丽娜
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基于粒子系统的雨景模拟改进算法研究摘要:针对传统粒子系统技术生成虚拟场景速度太慢无法满足仿真系统实时性要求的缺点,在介绍粒子系统传统算法的基础上,以模拟自然界降雨过程为例,提出了基于粒子系统的雨景模拟改进算法,并最终取得了较为逼真的降雨过程视觉效果。

该模型方法简单实用,可很方便地嵌入到现有的各种动画系统中。

关键词:计算机仿真;粒子系统;雨景模拟;实时生成0引言随着计算机图形学理论和图形硬件的飞速发展,自然景物的生成与模拟已经成为计算机图形学研究的热门课题之一。

尤其是对如雨、雪等动态自然景物的模拟更是极具挑战性,这是由于在现实世界中的自然景物具有极其丰富的表面纹理细节和不规则的表面外形,它们的逻辑结构很难表达,若对在微机条件下的场景实时生成采用传统的计算机图形学方法来造型,再对场景进行实施渲染,巨大的计算量将成为图形生成显示难以逾越的瓶颈。

因此,如何才能实时有效地模拟各种自然景物过程并提高虚拟场景的逼真性就成了计算机图形学研究的一个重要内容。

本文从视景仿真的实时性要求出发,首先介绍了粒子系统的传统算法,然后以模拟自然界降雨过程为例,分析了雨点的属性特点,提出了基于粒子系统模拟自然界降雨过程的实时生成改进算法,建立并实现了一种能够模拟降雨过程的粒子系统。

该系统对雨水下降过程中的物理模型等进行了适当简化,在保证粒子系统实时性的前提下,达到了较高的逼真度,并可方便地嵌入到现有的各种动画系统中去,应用前景十分广阔。

1基于传统粒子系统的雨景模拟算法这里首先对坐标系及相关变量作出相应说明,假设系统中模型空间坐标系采用右手坐标系,摄像机的初始位置为(0,0,0),方向为z轴负方向。

所用到的变量包括视距体参数、视窗尺寸、摄像机参数等。

视距体参数包括水平视角与垂直视角α、β,近平面距离dnear,远平面距离dfar。

视窗尺寸包括视窗高度hscreen、视窗宽度wscreen。

当前摄像机的位置为(xv,yv,zv),摄像机绕x、y、z三坐标轴的转角为(h,p,r),由于在仿真中h、r约等于0,因此可简化为(0,p,0)。

1.1新粒子数量的计算在雨景模拟中,新的粒子由一个可控的随机过程产生,在某一时刻,进入系统的粒子数量为系统中设置的粒子数量预期值与系统中当前存在的粒子数量之差,加上一个由一随机过程定义的粒子数目。

见下式:ParticleNum=MeanNum+rand()×VarNum(1)其中,MeanNum为产生粒子数量的平均值,VarNum为产生粒子数量的方差,rand()为[-1,1]间均匀分布的随机数,用于控制新粒子的实际生成数量。

1.2粒子的状态更新粒子的属性是逐帧更新的,需要更新的属性有速度和位置。

其中,粒子X方向、Z方向的速度受当前风速方向、大小的影响,当风速改变时,粒子X方向、Z方向的速度亦会改变,计算方法与前述类似。

然而,在粒子系统中,雨点粒子要在三维空间中运动,那么按照物体的运动规律,物体中粒子的速度v、加速度a、位置s和运动时间t 有如下的约束关系:v=v0+∫t0adt(2)s=s0+∫t0vdt(3)1.3生命周期结束条件粒子的生命周期常常以帧为单位。

将粒子位置处于视距体之外或者粒子落在了地上作为系统中粒子生命结束的条件。

1.4粒子的绘制粒子的状态设置完毕后,需要根据粒子的状态对其进行绘制。

综上,粒子系统整个生命周期流程可归纳如图1所示。

2基于粒子系统的雨景模拟改进算法由于粒子系统考虑利用大量粒子单元来表现不规则物体,因而即使对于空间中一个不大的物体区域,构成它的粒子数目也是惊人的。

前文所述的传统粒子系统算法对计算机的存储量和计算速度要求过高,使得图形实时交互显示在普通微机环境下实现起来比较困难,速度也较慢,不能满足3D场景实时渲染的要求。

因此,针对粒子系统生成虚拟场景速度较慢的缺点,本文从以下几个方面对传统的基于粒子系统的雨景模拟算法进行了优化改进以实现系统响应的实时性。

2.1数据结构简化粒子系统表达的自然景物越真实,所需粒子的数量就越多,计算开销就越大。

因此,设计一个好的粒子系统的数据结构很重要,否则将会大大地降低粒子系统的运行速度。

为了尽可能地降低渲染这些粒子的时间,基于降雨场景的特征,本文在实现雨景模拟粒子系统建模时,使用短线(即一条线段)来表示雨点粒子,雨点粒子随着时间的推移,根据两个顶点所决定的方向向量,按照一定的速度下降。

实时计算出它的具体位置,然后在该位置上将该粒子绘制出来。

雨点粒子的结构构造如下://雨点粒子结构struct RainParticle{float x,y,z;//位置float fDspeed;//下降速度};RainParticle rain[PARTICLENUM];//雨点粒子数组当然,雨点粒子也可以用小的四边形来表示,但在用小四边形来表示雨点粒子时,在系统运行时还要为它加上纹理,这将极大增加整个粒子系统运行的开销。

此外,采用线段表示雨滴时还省去了反走样处理的繁琐。

2.2相对位置识别模型简化由于对比场景中的景物,粒子本身的尺寸很小,因此,视距体关系与粒子位置的判断可简化为三维空间中“点”的裁剪问题。

首先根据视距体参数计算构成视距体的6个面,其法向量指向视距体内侧。

通过计算视距体的6个面与粒子中心的距离disi(i=1,2,…,6),可判断6个面与粒子的位置关系。

若粒子在所有6个面的内侧,则其在视距体之内,这时就需要再进一步进行粒子是否落地的判断,以确定其生命周期是否结束;若粒子在视距体的6个面中任意一个面之外,则视其在视距体之外,同时该粒子生命周期结束。

要判断粒子是否落在了地上或场景中的其它景物上,需要遍历当前景物空间中模型的所有片元,并与粒子下落的轨迹求交。

在3D系统中,由于场景复杂,该项操作的时间开销很大,难以实时完成。

因此,算法将该条件简化为当粒子的垂向坐标值y小于其所在位置的地平面垂向坐标值时,粒子生命周期即告结束。

2.3粒子系统物理模型简化在粒子系统的设计中,“从重力场的模拟、风的模拟”等各种环境的模拟到火焰、波浪、瀑布、喷泉、枝条的摆动,无一不是源于物理模型。

利用式(2)和式(3)进行粒子运动状态积分运算的计算量是很有必要的,为此采用等加速度运动的方法来实现离散情况下物体运动状态的简化计算。

假设在雨点粒子的生命周期内,加速度保持不变。

雨粒子的y方向速度仅受其初始加速度影响。

由于帧间的时间间隔很小,为简化计算,把两帧之间粒子的运动看作匀速运动。

粒子i的当前位置为:xi=xi0+∑m=Nm=1vxmTm(4)yi=yi0+∑m=Nm=1vymTm(5)zi=zi0+∑m=Nm=1vzmTm(6)其中,Tm是第m-1帧到第m帧的时间间隔,(vxm,vym,vzm)是粒子的年龄为m帧时的速度,N 是当前的粒子年龄(以帧为单位)。

等加速度运动方法不仅精确率较高,而且运算简单,另外,等加速度运动方法可使用效率更高的递推运算来计算相邻时刻粒子的位置和速度。

2.4位置提升策略本文所实现的粒子系统的所有粒子均是在程序初始化时刻随机产生的,当粒子落到地面后并不像传统的粒子系统那样,马上释放掉该粒子所占用的内存,然后分配新的内存并重新发射一定数量的粒子进行补充,而只是简单地将其位置提升到最高点,这样做的好处在于:(1)避免了动态粒子的死亡和产生,省去了为死亡的粒子释放内存的操作,以及为新粒子重新分配内存所需的大量时间。

(2)避免了频繁地分配、释放空间所造成的内存碎片的产生。

(3)使得粒子的数据结构中省去了生命值特性参数(此时仅需判断粒子的垂向坐标是否已落地即可),使粒子数据结构变得更加简洁,处理起来更加迅速。

位置提升策略的引入大大地提高了程序的运行性能。

2.5深度感知的加强实现算法在虚拟场景中,对于参与者来说,要实现“身临其境”的感觉,三维复杂自然景物的深度感知是极为重要的。

尽管在正常情况下,对于雨点的降落过程,按照透视变换折算至显示平面绘制和三维环境模拟可以自动实现一定程度的深度感知效应,但是本文采用了多层薄膜的方法来加强模拟点雨的深度信息,即雨点的尺寸要更小一些,而且远处雨点的移动速度要更慢一些,以给人更加强烈的深度感觉。

3结语本文着重从仿真系统的实时性和真实感的角度出发,首先对雨景模拟的传统粒子系统算法进行了研究,紧接着又通过引入雨点粒子属性简化、降雨过程物理模型简化、位置提升策略和深度感知加强算法等加速技术,使得本文中的雨点粒子降落的生成速度大大加快,保证了在实时性前提下所生成的动态降雨图像不但形态逼真,而且有效地提高了虚拟场景的沉浸感,其效果画面截图如图2所示。

该项技术具有较强的应用背景,可方便地融入到各种三维动画系统中去。

参考文献:[1]苏虎,周美玉.列车驾驶视景仿真中自然现象的模拟[J].中国铁道科学,2003(1).图2基于粒子系统的雨景模拟效果[2]万华根,金小刚,彭群生.基于物理模型的喷泉水流运动模拟[J].计算机学报,1998(9).[3]REEVES W T,BLAU R.Approximate and probabilistic algorithms for shading and rendering structured particle systems[J].Computer Graphics,1985(3).[4]王柏娜.计算机仿真录用基于随机轨迹变化的粒子云模拟[J].企业技术开发,2011(6).[5]刘小玲,杨红雨,郭虎奇.基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟[J].计算机工程与设计,2012(6).[6]华泽玺,王迎春,孙建顺.基于粒子系统的爆炸效果仿真研究[J].计算机科学,2012(4).[7]许金生,宋万忠.基于OSG粒子系统的雪景模拟[J].计算机工程与设计,2012(4).。

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