论文摘要
自然景物的真实感绘制一直以来都是视景仿真的一个重要组成部分,云、雾、烟、雪、水流、火花等自然景物由于缺乏规律性给研究带来了很大的挑战,传统的造型方法很难逼真的模拟这些自然景物。总的来说,模拟自然景物的方法有两种:一种是采用基于物理的造型技术,另一种是采用粒子系统。在对自然景观的模拟上,针对不同的情况人们提出许多成功的算法,但在人工可控的景观上,相应的工作却并不多见。本文以音乐喷泉为切入点,探讨基于物理模型的人工可控的自然景观的模拟。音乐喷泉即由音乐来控制喷泉水流的运动,其难点在于音乐文件的解析、音乐与喷泉的同步以及音乐对喷泉的分组编排控制。本文使用MIDI音乐文件作为音乐音频,对MIDI文件进行了解析,将解析数据用来对喷泉进行控制和分组编排,结合简单的动力学、粒子系统,并结合音乐数据来控制水滴从圆管中喷出的位置及初始速度,达到音乐对喷泉的同步和分组控制的效果,用户还可以交互调节喷泉的运动参数和编排控制。本文使用了基于GPU的粒子系统的绘制,使喷泉达到了一定的规模,并且实现了实时的绘制。本文提出了一个混合式绘制框架:一方面采用OpenGL和GPU作为绘制引擎,以支持用户交互调节音乐喷泉的控制参数;另一方面,采用blob隐式曲面作为粒子结合光线跟踪方法,以实现音乐喷泉水流的高度真实感模拟。