虛擬現(xiàn)實中動態(tài)噴泉及動態(tài)水面效果渲染.pdf

1、隨著計算機性能的快速提高和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷進步，在通用PC機上實現(xiàn)照片級真實感渲染已成為可能，這促使了虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展。水景觀是地球上最常見的自然景觀，因為水的形態(tài)千變?nèi)f化，水效果模擬成為虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域中的難點。由于水存在的廣泛性，水模擬又是一般虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中不可避免的環(huán)節(jié)。噴泉的模擬多數(shù)學(xué)者采用動態(tài)紋理技術(shù)，這就使噴泉看起來不夠靈動、真實。為了模擬出更真實、更靈動的噴泉效果，本文選擇粒子系統(tǒng)技術(shù)模擬噴泉效果。近年來水波動技

2、術(shù)研究取得巨大成果，然而算法在不斷的發(fā)展中變得復(fù)雜這使渲染的時間變長。本文對現(xiàn)有水面波動算法進行改進，提高了水面渲染速度。
　　 深入的研究了粒子系統(tǒng)模擬噴泉的有關(guān)技術(shù)，重點研究了粒子發(fā)射器，線性力效果器，碰撞器，顏色修改器四個控制噴泉的程序單元，他們分別控制粒子的產(chǎn)生、粒子空中運動、粒子落入水面碰撞和粒子顏色。設(shè)計中決定噴泉真實感的因素主要為兩個方面：噴泉粒子顏色以及噴泉外觀形狀，因此做了大量實驗用來研究這兩個效果的設(shè)計。最終

3、采用顏色效果器控制噴泉顏色狀態(tài)變化，設(shè)計出了接近真實世界噴泉的顏色效果。研究發(fā)現(xiàn)只有粒子發(fā)射器和線性力效果器對噴泉外觀形狀有所影響，所以在對這兩個程序單元的參數(shù)進行修改對比找出直接影響噴泉形狀的為：初始最大發(fā)射角度、初始發(fā)射速度和線性力豎直方向分量這三個參數(shù)?；谟绊憞娙Ч难芯孔罱K模擬出了符合實時渲染要求的八種不同噴泉效果。得到的噴泉效果代碼通用性高，移植性強。
　　 動態(tài)水面模擬中重點研究了海面波動模擬，光照效果模擬以及水

4、刻蝕現(xiàn)象模擬三個方面。首先采用基于波形分析的方法，用Gerstner波實現(xiàn)了一個波濤洶涌的海面波動效果。為了滿足真實世界中海洋波浪波峰尖、波谷寬的特點，研究了Gerstner波中險峻參數(shù)變化對波形的影響。光照模型使用改進的光照模型，它引入了一個距離衰減因子對基本光照模型的漫反射項和鏡面反射項進行了修正，使光照效果更加真實。最后對傳統(tǒng)的光線逆向跟蹤算法做了兩個簡化：一個是用地球上任意一點對太陽的觀測角度來檢測光線是否來自于太陽光，另一個是