虚拟战场环境下燃烧过程模拟方法研究与实现

123456aa · 发表于 2022-4-18 17:07:42

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雅宝题库解析：
火焰是虚拟现实特效模拟仿真的重要研究内容之一。学术界在此方向已经开展了多年的研究，但大部分研究工作都只关注于火焰本身的模拟，对于参与燃烧的物体本身的变化以及火焰和燃烧物体之间交互的研究较少，研究并实现一种适用于实时应用场景的火焰模拟方法具有重要意义。为了能够在实时应用场景下对多边形网格模型的燃烧过程进行模拟，本文基于GPGPU（General-Purpose Computing on Graphics Processing Units）等技术研究了火焰燃烧过程模拟方法。该方法由网格模型表面火焰扩散模拟方法、燃烧模型形变方法、着火模型真实感绘制方法组成。本文完成的主要工作包括：1.基于物理模型的火焰扩散计算方法。针对火焰在网格模型表面的扩散过程，本文建立了描述燃烧过程中能量在多边形表面传递的热力学模型。将该热力学模型与多边形网格表面测地距离的数学工具相结合，给出了一种计算模型表面燃烧扩散过程的迭代计算方法。该方法使用GPGPU技术进行加速处理，最终实现了火焰扩散过程的快速模拟。2.着火模型形变计算方法。该方法使用了弹簧质点模型和燃烧形变模型的物理模型计算燃烧以后的模型形变。弹簧质点模型用于计算发生形变时模型各顶点之间的相互作用力，模拟燃烧后模型不同顶点之间的相互影响。燃烧形变模型则给出了物体燃烧分解导致形变的力学计算方法，用于计算燃烧分解导致的作用力。本文给出了一种基于双重深度缓存的剔除方法，去除了因自相交导致的错误结果。着火模型形变计算方法可以针对特定模型生成真实感较强的形变结果，同时具有实时性。3.着火模型真实感绘制方法。该方法包括了对漫反射纹理的预计算和燃烧模型火焰绘制。基于r粒子的漫反射纹理预处理方法用于模拟燃烧过程中纹理的颜色细节变化。该方法使用了Normal Map构造出模型表面的细节模型，然后使用r粒子轰击该模型，通过迭代计算粒子在模型表面的碰撞状态得到燃烧对漫反射纹理的影响。为了绘制一个不断变化的模型表面的火焰，本文结合扩散计算和形变计算的结果给出了燃烧模型上的火焰绘制方法。使用本文的火焰燃烧过程模拟方法，可以对网格模型燃烧过程中的火焰扩散、模型变形和火焰进行真实度较高的视觉仿真，同时依旧能够保持良好的实时性。对比已有的模拟方法，本文中描述的方法可以直接用于网格模型，硬件资源占用率低。

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