视景仿真是虚拟现实技术在实际应中的热门研究课题之一,其中包括对火焰、云雾、雨雪、沙尘、浪花等动态自然景物和现象的模拟与绘制,在气象预报、航空航天、装潢广告等领域有着广泛的应用。自然景物具有丰富的表面纹理和不规则的表面外形,并且能够随时间的推移而动态地、随机地发生变化,因此很难使用传统的计算机图形学的建模方法来生成;如何简化且有效地模拟诸如火焰、云雾、雨雪、沙尘、浪花等不规则自然景物和现象成为计算机真实感图形生成的关键问题。粒子系统能够充分体现这类景物的动态性和随机性,其优点在于使用简单的粒子图元来构造出传统计算机图形学难以构造的复杂物体,而且具有很强的真实感和实时性。本文在认真分析和总结目前国内外火焰模拟方法的基础上,结合视景仿真对虚拟场景的需求和应用,以友好的交互性、较强的真实感和实时性为目标,提出一种基于粒子系统对火焰模拟的新方法。所做的主要工作和研究成果如下:通过对火焰运动的热力学进行分析,从物理的角度对火焰不规则状态进行动态的随机的模拟;建立火焰粒子系统,使用纹理映射技术,用多边形面片代替经典粒子系统中的点光源粒子来绘制火焰,从而大大减少了系统的粒子数量,提高了系统的实时性。本文基于WindowsXP操作系统,集成开发环境为Visual C++6.0与OpenGL开放图形库编程实现;开发了基于粒子系统的火焰模拟演示系统,生成的动态火焰具有真实的视觉效果,并且满足了实时的要求。