三維虛擬城市環(huán)境中的實時氣體渲染.pdf

1、利用計算機圖形學(xué)理論，在三維場景中對氣體進行渲染，對于虛擬現(xiàn)實和環(huán)境保護等方面有著重要的意義。隨著計算機硬件的發(fā)展，和實時流體模擬理論的進步，建立復(fù)雜環(huán)境中的氣體渲染已成為可能。然而由于在氣體擴散模型中局部湍流變化的復(fù)雜性，渲染氣體在復(fù)雜環(huán)境中的變化面臨著許多問題和挑戰(zhàn)。 本文選用了氣體擴散理論中的大渦模型，根據(jù)實時流體渲染的要求對模型進行簡化，用半拉格朗日方法，對氣體在單體建筑物附近的擴散現(xiàn)象，以及氣體在城市小區(qū)環(huán)境中多個建

2、筑物之間的擴散現(xiàn)象進行模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果進行渲染。 根據(jù)流體實時模擬的要求，利用半拉格朗日方法對氣體在小尺度，理想環(huán)境中的擴散進行了模擬渲染。利用塊超松弛迭代法求解理想氣體擴散的Poisson方程。大尺度空間內(nèi)利用二維空間網(wǎng)格序列來模擬三維空間網(wǎng)格，降低了時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，使得在當(dāng)前計算機硬件環(huán)境中能夠渲染氣體的大尺度運動。 根據(jù)粒子的濃度構(gòu)建紋理圖，用紋理貼圖的方式完成了對整個氣體流體的圖形學(xué)渲染。利用輻射

3、傳輸理論，將氣體粒子的透明度和氣體粒子的密度結(jié)合起來，得出了粒子透明度的函數(shù)，并且由天空光照多粒子散射模型，計算出氣體紋理貼圖的漫反射光強。使得渲染更具有真實效果。 在渲染了理想環(huán)境中的氣體擴散現(xiàn)象之后，利用單體建筑物的大渦模型，模擬并渲染了氣體受建筑物渦流風(fēng)場影響情況下的擴散現(xiàn)象。根據(jù)圖形學(xué)的實時流體模擬基本原則簡化了大渦模型，大大降低了計算復(fù)雜度，并且可以應(yīng)用到半拉格朗日計算環(huán)境中。提出了在氣體的圖形學(xué)渲染領(lǐng)域采用鏡像反射