可交互真实感烟雾实时模拟方法的研究与实现

admin · 发表于 2022-9-28 18:05:43

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雅宝题库解析：
随着计算机硬件技术的发展和游戏、电影、军事仿真等领域应用需求的推动，烟雾模拟已经成为计算机图形学领域中的一个研究热点。粒子系统是烟雾模拟的常用方法，但是在真实感和交互性方面都存在一定的缺陷。本文使用基于物理的方法在保证烟雾真实感的前提下重点研究烟雾与外界环境的实时交互题目。本文的研究工作主要包括以下三个方面：1. 研究并实现了一种基于物理的烟雾实时模拟方法。该方法首先基于Navier-Stokes方程建立烟雾运动的物理模型，并将其离散化到均匀的立方体欧拉网格中，采用隐式积分方法求解方程，得到表示烟雾运动状态的物理量，最后使用改进的光线投射方法实现烟雾的绘制。本文在求解Navier-Stokes偏微分方程时引入无条件稳定的隐式求解方法，同时利用欧拉网格的并行特性在GPU上实现方程组的快速求解，保证了烟雾模拟的实时性。此外本文通过引入漩涡约束的方法和MacCormack方法增强了烟雾模拟的真实感。2. 研究并实现了烟雾与外界环境的实时交互方法，主要包括烟雾与外力和障碍物的交互。本文在基于物理的烟雾模拟方法基础上，利用可移动的欧拉网格实现了模型驱动的烟雾运动方法，利用模型驱动力对烟雾施加的外部作用力，控制烟雾作为尾气跟随模型运动。烟雾与静态或动态的简单、复杂、骨骼动画等障碍物的交互方法研究主要包括交互检测和交互处理两部分，本文主要使用切片的方法得到了各类障碍物的位置纹理，并通过读取位置纹理实现了障碍物与烟雾的交互检测，然后使用障碍物的边界速度修改烟雾在边界处的运动状态，使烟雾沿着障碍物的边界流动。3. 研究并实现了一种烟雾与光源的实时交互方法。这种方法把烟雾作为非均匀的参与介质，实现了光晕效果和烟雾场景的实时绘制，并通过场景融合得到了光照环境下的烟雾绘制效果。本文读取二维特征函数数值表得到了可通过参数调整的光晕效果，并在前两个方面研究方法的基础上读取利用物理计算获得的烟雾密度理等物理量，通过改进的光线投射方法得到了真实感烟雾场景。最后设计并实现了验证上述方法的原型系统，并封装了核心的烟雾模拟模块。同时该模块还将进一步被封装为BH_GRAPH三维图形平台的一个烟雾模拟功能插件。

可交互真实感烟雾实时模拟方法的研究与实现

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