雨场景中的水滴与多种物体交互模拟

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目雨场景中的雨滴与多种物体交互模拟作者姓名赵圆圆学科专业计算机科学与技术指导教师唐勇教授2016年5月中图分类号：TP391.9学校代码：10216UDC：004密级：公开工学硕士学位论文雨场景中的水滴与多种物体交互模拟硕士研究生：赵圆圆导师：唐勇教授申请学位：工学硕士工程领域：计算机科学与技术所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinComputerScienceandTechnolog

2、yTHESIMULATIONOFINTERACTIONBETWEENWATERDROPLETSANDOBJECTSSURFACESINTHERAINYSCENEbyZhaoYuanyuanSupervisor:ProfessorTangYongYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《雨场景中的雨滴与多种物体交互模拟》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表

3、或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《雨场景中的雨滴与多种物体交互模拟》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其

4、它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要自然场景的模拟一直是虚拟现实一个重要方面，降雨现象是日常生活中最常见到的，雨场景在游戏动画、驾驶仿真等众多领域具有广泛应用。目前的雨场景仿真中，大多只针对部分特定现象进行模拟，现实中，雨滴下落过程中可能与建筑物、地面以及水面等发生碰撞。因此提出一种实时的雨滴交互模拟方法，实现对多种常见物体的交互现象模拟。首先，为了保证雨滴

5、运动的真实性以及实时性交互，建立雨滴的几何模型和动力学模型，并考虑雨滴的随机运动描述问题。针对虚拟雨场景中动态雨滴交互的问题，对产生的相应效果进行深入分析，引入Metaball技术，改进绘制算法中势能的球心位置计算方法，并通过物理学公式以及碰撞检测算法实时解决雨滴碰撞后的变形问题。此外，通过引入距离临界值，实现雨滴之间的融合现象。其次，通过使用高度图绘制凹凸不平的地面，引入计算机图形学中成熟的BRDF渲染方法，实现雨后湿润地面的光学效果；为进一步增强真实感，利用深度图来生成雨水达到地面的飞溅位置，实现雨水飞

6、溅的层次感和随机性效果。再次，为解决雨场景现象模拟的真实感问题，进行雨滴和水面的交互模拟中的多项效果模拟。通过使用高度图的深度信息绘制积水区域，引入过程式纹理的方法模拟水面涟漪，利用Metaball技术处理水面上的气泡的融合，采用粒子系统模拟雨滴飞溅效果。最后，利用Cg语言编程实现反射和折射效果，与光照模型混合得到综合的光学效果，减少计算成本，提高实时性，设计并实现实时模拟系统，对算法最终模拟效果进行展示、分析和对比，以验证提出的模拟算法。关键词：雨滴模型；Metaball；湿润地面；高度图；深度图；过程式

7、纹理；光照模型-I-燕山大学工学硕士学位论文AbstractThesimulationofnaturalsceneshasalwaysbeenanimportantaspectofvirtualreality,rainfallplayedthemostcommonrolesinthedailylife,therainsceneshasawiderangeofapplicationsintheanimationgame,drivingsimulation,andmanyotherfields.Atpresen

8、t,theresearchofrainscenemostlyfocusedonsomespecificphenomenon,inreality,therearemanyeffectintheprocessofraindropslanding,forexample,thecollisionbetweenraindropsandbuildings,aswellasgroundandwater,etc.Therefor