基于粒子系統的3D動態火焰模擬

魏碧云，孔樣紅，李 暉

武漢工程大學計算機科學與工程學院，湖北 武漢 430205

虛擬現實技術［1］是利用計算機的圖形功能模擬世界上的各種真實物體、自然場景及光照產生的各種特效，甚至可以將想象中的世界真實地模擬出來，給人們的視覺帶來不一樣的沖擊效果。近年來隨著計算機圖形學技術的發展，對自然景物的模擬逐漸成為一個研究熱點，如對火焰、噴泉、云霧、閃電、雪花、浪花等自然景物［2］的模擬。這些模擬在軍事科技、影視設計、航空航天等領域中發揮了重要作用。

由于自然景物擁有豐富的紋理和不規則的幾何外形，以及自然因素對它的影響，如風力、氣流等，因此其運動軌跡是不能確定的。傳統數學工具無法對該類物體外在表現形式進行正確地描述，所以自然景物的模擬相對困難。因此，如何利用虛擬現實技術使這些景物在計算機屏幕上呈現更加真實的效果，成為許多研究者不斷努力奮斗的課題。無規則模糊物體模擬技術，在學者們多年的探索和研究下，取得了一定程度的成就，而在多種模擬方法中，粒子系統又具有明顯的優勢。

粒子系統的起源，可追溯到 1983 年，Reeves［3］提出的粒子系統的概念。系統中每個粒子都有屬于自身的一組屬性，例如粒子的位置、形狀、加速度、顏色、生命周期、衰減速度等。這些屬性隨著時間不斷地進行更新，從而使整體的外觀變化以及運動狀態，相對于傳統的模擬方法更具有真實感。該系統尤其突出的一個優點，就是利用簡單的圖元去模擬一些很復雜的物體，同時又不失模擬物體的真實性和實時性。……