【摘要】：作為自然景物的一個(gè)重要組成部分,云的模擬是當(dāng)今計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和氣象領(lǐng)域的研究熱門。云的模擬無論是在真實(shí)場景的構(gòu)建還是在影視動(dòng)畫仿真都起到重要的作用,將模擬的云圖加入到模擬場景中能夠有效地提高視覺效果,增加虛擬環(huán)境的真實(shí)感。此外,利用真實(shí)的氣象數(shù)據(jù)模擬出的三維云具有豐富的氣象信息,能夠輔助氣象工作者更加方便、直觀的觀察天氣的變化,同時(shí)在人工干預(yù)天氣、天氣預(yù)測等領(lǐng)域有著至關(guān)重要的影響。目前基于氣象數(shù)據(jù)的云模擬技術(shù)已經(jīng)在世界各國氣象部門甚至國防領(lǐng)域普遍展開,其技術(shù)成果在人類生產(chǎn)生活、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及氣象預(yù)測和氣象武器領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。本文基于真實(shí)的氣象數(shù)據(jù)開展研究,針對粒子系統(tǒng)建模速度遲緩,碰撞檢測速度慢等問題,提出了一種新的基于粒子系統(tǒng)的云建模方法,在保證不影響繪制效果的基礎(chǔ)上縮短繪制時(shí)間,并且提出了一種新的鄰域分析算法加速光線跟蹤,降低云模擬過程中的計(jì)算復(fù)雜度。本文的研究主要包括兩個(gè)方面:(1)在云的建模方法上,針對粒子系統(tǒng)中碰撞檢測計(jì)算復(fù)雜度高,繪制效率慢等問題,提出了使用二元空間分區(qū)樹方法將模擬場景劃分成若干區(qū)域,加快了云粒子與其他物體的碰撞檢測效率,同時(shí)將具有近似屬性的粒子聚集成簇,通過構(gòu)建粒子簇樹來避免對所有粒子進(jìn)行碰撞檢測,一定程度上降低了計(jì)算量;利用紋理貼圖技術(shù)對粒子進(jìn)行細(xì)節(jié)紋理的處理,并采用多重前向散射光照模型對粒子進(jìn)行渲染,模擬光線對云粒子顏色、陰影產(chǎn)生的作用,最終繪制成逼真的云圖。(2)在云的真實(shí)感繪制上,針對傳統(tǒng)光線跟蹤算法計(jì)算方式復(fù)雜,繪制時(shí)間長,求交過程計(jì)算量大的問題,提出了基于八叉樹鄰域分析光線跟蹤的加速算法。該方法通過八叉樹結(jié)構(gòu)改進(jìn)了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式,降低了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的復(fù)雜度;利用鄰域分析算法加快光線與物體的求交速度,避免了大部分的遞歸運(yùn)算,提高了繪制效率;簡化了Whitted光照模型中折射光線的計(jì)算方式,降低了計(jì)算時(shí)間;最終結(jié)合Vapor和OpenGL實(shí)現(xiàn)氣象云數(shù)據(jù)的三維可視化。
【圖文】：

圖 3.4 本文選取的紋理圖片庫中的紋理映射函數(shù) glGenTexturameteri 等完成紋理貼圖映射位置和觀察者的視點(diǎn)位置是不斷或者視點(diǎn)位置發(fā)生改變時(shí)，會(huì)造生，，本文采用 Billboard 技術(shù)[47illboard 技術(shù)是一種基于圖像的視的物體模擬，這種方法也適用于形，將選取的紋理圖片貼在平行無論觀察者的視點(diǎn)如何發(fā)生改變

圖 3.6 粒子系統(tǒng)云建模在不同粒子數(shù)量下，繪制幀率的對比結(jié)果。由實(shí)驗(yàn)繪制圖像的幀率會(huì)逐漸減少，本文對比了傳統(tǒng)粒子方法，表 3-2 為兩種方法的繪制幀率對比，經(jīng)過對數(shù)量增加時(shí)展現(xiàn)出繪制效率的優(yōu)越性。表 3-2 渲染幀率對比表傳統(tǒng)粒子系統(tǒng)/fps 本文16.3 10.5 5.9 3.2 ）分別給出了采用紋理貼圖和未采用紋理貼圖的繪出，未采用紋理貼圖的云圖邊界粒子化現(xiàn)象嚴(yán)重，用紋理貼圖的云圖邊界粒子化現(xiàn)象收斂了許多，并
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;P426.5

【參考文獻(xiàn)】

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8 王v

本文編號：2642980