基于GPU元球造型的水滴模擬.pdf

1、在虛擬場(chǎng)景中模擬真實(shí)世界的水體的運(yùn)動(dòng)是目前圖形學(xué)中最有挑戰(zhàn)的課題之一。水體擁有不斷變化的運(yùn)動(dòng)特性和內(nèi)在復(fù)雜的物理特性,這些特性吸引了大量的圖形算法開發(fā)人員的注意。但是大部分研究者的精力主要集中在大規(guī)模水體的模擬,例如海洋,波浪等,大量的工作花費(fèi)在水體整體運(yùn)動(dòng)和水體表面起伏規(guī)律的渲染,而相反對(duì)小規(guī)模水體,例如水滴,的內(nèi)部特性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探索不足。真實(shí)的水滴動(dòng)畫模擬是圖形模擬研究課題中一個(gè)重要的領(lǐng)域,它對(duì)渲染真實(shí)自然環(huán)境有重要的意義。

2、>　　 本文在分析了現(xiàn)有的水滴模擬算法的基礎(chǔ)上,結(jié)合Metaball元球造型模型,針對(duì)水滴本身的物理特性、多水滴融合時(shí)重疊部分的不完善等問題,改進(jìn)了原來的Metaball的數(shù)學(xué)模型,提出了一種更適用于邊界模糊物體的造型模型。此模型對(duì)多個(gè)渲染對(duì)象的重疊處的勢(shì)函數(shù)進(jìn)行了加權(quán)處理,解決了多個(gè)對(duì)象在疊加處的失真現(xiàn)象;在運(yùn)動(dòng)模擬方面,由于每個(gè)水滴的物理運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性,所以采用粒子技術(shù)作為每個(gè)水滴的屬性載體,并借助粒子系統(tǒng)來管理場(chǎng)景中所有的水滴運(yùn)動(dòng)

3、,同時(shí)為了保證渲染的實(shí)時(shí)性和適用性,加入了凹凸紋理技術(shù)來優(yōu)化模擬接觸面的物理復(fù)雜性;在圖形渲染方面,本文選擇了Fresnel光照模型并通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?yōu)化處理,達(dá)到了不錯(cuò)的光照效果。
　　 在實(shí)現(xiàn)上,由于GPU并行處理的優(yōu)勢(shì)和先天的圖形加速計(jì)算,主要采用可編程硬件高級(jí)著色語言HLSL編寫Vertex Shader和Pixel Shader來實(shí)現(xiàn)。通過GPU三層渲染算法,實(shí)現(xiàn)了基于改進(jìn)的Metaball模型的圖像混合渲染,并利用水滴元