我们生活在一个多姿多彩的世界里,这里有白白的云、淅沥的雨、缤纷的烟火、熊熊的火焰……,而这一切如何在计算机的虚拟世界中来实现呢?不用担心,用粒子系统可以实现它们。而且随着计算机图形学领域的高速发展,人们对计算机所产生的视觉效果要求越来越高,不但追求真实性而且交互性也要不断提高。在这种推动力下,粒子系统也势必要朝着更高的目标发展,不只要讲求“形似”,更要有“神似”,这就要求系统中所采用的物理模型要越来越精确,选择适合的模型并且在系统中实现它,以满足人们越来越高的视觉要求成为研究的重点。 论文首先对涉及到的基础知识,如数学、计算机图形学、流体力学等相关知识作了比较详细的介绍,对下面要用到的重要公式都有相应的推导过程,尽量使下文的论述更轻松。 接着介绍了粒子系统的基本理论,着重讲解粒子系统构造模型的基本方法,把粒子系统实际运作分为粒子属性确立、粒子产生、粒子更新、粒子绘制等几个步骤,并对每个操作步骤进行详细说明:将粒子系统分为质点系模型系统和流质系模型系统,阐述这两种模型系统的特点;列举了两个质点系模型粒子系统的例子,对这两个例子按照前面所讲粒子系统运作步骤一步步讲解,展示每一步的操作细则:最后论述在粒子渲染时所用到的图形学技术。 然后对流质系模型粒子系统进行说明,着重是在将流体力学物理模型应用到粒子系统的过程。作为过渡和对比,本章首先讨论了一个用欧拉法实现流体运动的例子,此例虽然也涉及到物理模型,但也仅仅是参考物理公式,只用相关算法代替了公式,并没有真正进行求解;这之后开始粒子系统模拟流体运动的论述,首先提出模拟中所依据的力学物理模型,纳维—斯托克斯连续方程;接着采用SPH方法对方程进行推导,将连续方程转换为离散形式,以便应用进粒子系统;并对具体实现中遇到的主要问题一一加以说明,希望能通过此展示一个大致的思考过程;最后也将涉及到的关键图形学技术原理进行了阐述。 最后是对全文脉络布局安排的说明,并指出其中的创新点及有待改进的地方。