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。