擴(kuò)展粒子系統(tǒng)實(shí)時(shí)龍卷風(fēng)及其交互性繪制研究.pdf

1、龍卷風(fēng)模擬一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的熱點(diǎn)之一，近年來(lái)由于虛擬龍卷風(fēng)在電影制作、游戲特效以及自然災(zāi)害的預(yù)測(cè)中使用越來(lái)越多，龍卷風(fēng)的研究吸引了一大批計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域?qū)＜业年P(guān)注。龍卷風(fēng)的漩渦控制以及交互性尤其具體有挑戰(zhàn)性。
　　首先，為表現(xiàn)龍卷風(fēng)的更多邊界細(xì)節(jié)，采用了經(jīng)典流體模型—粒子系統(tǒng)模型進(jìn)行龍卷風(fēng)建模；為使粒子系統(tǒng)的粒子旋轉(zhuǎn)起來(lái),引入漩渦場(chǎng)，粒子在漩渦場(chǎng)作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)效果，構(gòu)成動(dòng)態(tài)龍卷風(fēng)的模型。
　　其次，為模擬龍卷風(fēng)對(duì)場(chǎng)景的破壞

2、效果，針對(duì)大量粒子與場(chǎng)景交互計(jì)算量大的難點(diǎn)，將大量微觀粒子進(jìn)行宏觀化處理，將大量粒子簡(jiǎn)化為一層高速螺旋旋轉(zhuǎn)的透明的剛體，巧妙地將龍卷風(fēng)與場(chǎng)景的交互轉(zhuǎn)化為破壞層與剛體的交互。通過(guò)AABB包圍盒碰撞檢測(cè)算法的引入，每次碰撞檢測(cè)只需要6次計(jì)算即可，極大地提高了龍卷風(fēng)交互的計(jì)算效率，提高了模擬的實(shí)時(shí)性。
　　再次，為增強(qiáng)虛擬龍卷風(fēng)與真實(shí)場(chǎng)景的交互性，引入了基于AR技術(shù)的體感交互設(shè)備Kinect。利用Kinect的骨骼跟蹤(Skeleton

3、 Tracking)系統(tǒng)，捕獲人體骨骼關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)龍卷風(fēng)實(shí)時(shí)參數(shù)的更新。Kinect的深度攝像頭進(jìn)行真實(shí)場(chǎng)景的采集，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合場(chǎng)景的龍卷風(fēng)交互模擬。
　　然后，對(duì)光線投射算法進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，在傳統(tǒng)的光線投射算法生成的紋理數(shù)據(jù)之后添加一層后期屏幕處理效果，將發(fā)光Glow、光暈Sun Shaft、顏色修正(Color Correction)等與光照相關(guān)的屏幕處理效果應(yīng)用于虛擬龍卷風(fēng)紋理數(shù)據(jù)，提高了虛擬龍卷風(fēng)的真實(shí)性，模擬出簡(jiǎn)單的