【正文】 ............................................................... 7 瀑布粒子的消亡 ................................................................................................................ 8 瀑布粒子的繪制 ................................................................................................................ 8 第 4 章 瀑布模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) ....................................................................................................... 9 瀑布模型實(shí)現(xiàn) .................................................................................................................... 9 瀑布粒子屬性定義及初始化 .................................................................................. 9 瀑布粒子生成實(shí)現(xiàn) ................................................................................................ 10 瀑布粒子運(yùn)動(dòng)、更新、消亡實(shí)現(xiàn) ........................................................................ 10 瀑布粒子繪制實(shí)現(xiàn) ................................................................................................ 11 鼠標(biāo)、鍵盤交互 .............................................................................................................. 12 旋轉(zhuǎn)交互 ............................................................................................................... 12 霧化控制 ............................................................................................................... 13 文字顯示 ................................................................................................................ 14 古詩(shī)朗誦 ................................................................................................................ 14 IV 返回背景音樂 ........................................................................................................ 14 水 流大小控制 ........................................................................................................ 15 鼠標(biāo)移動(dòng) ................................................................................................................ 15 音樂添加 .......................................................................................................................... 17 霧化效果 .......................................................................................................................... 18 文字顯示效果 .................................................................................................................. 18 光照變換效果 .................................................................................................................. 20 第 5 章 系統(tǒng)結(jié)果與分析 ............................................................................................................. 22 開發(fā)環(huán)境 .......................................................................................................................... 22 系統(tǒng)結(jié)果與分析 .............................................................................................................. 22 旋轉(zhuǎn)時(shí)不同光照效果分析 .................................................................................... 22 文字顯示 ................................................................................................................ 23 水流控制 ................................................................................................................ 24 霧化效果 ................................................................................................................ 25 結(jié)論 ............................................................................................................................................... 26 謝辭 ............................................................................................................................................... 28 基于 OpenGL 與粒子系統(tǒng)的瀑布場(chǎng)景模擬 1 第 1 章 緒論 課題背景 1983 年，粒子系統(tǒng)首先由 Reeves 提出 [1]。粒子系統(tǒng)使用十分簡(jiǎn)單的題材來構(gòu)造復(fù)雜的、不規(guī)則的、模糊的、動(dòng)態(tài)的事物。這為模擬花、草、云、霧、雪等自然景觀提供了十分有效的技術(shù)手段。目前，已經(jīng)有多例利用粒子系統(tǒng)模擬自然場(chǎng)景的成功案例。例如，萬(wàn)華根等人求解 NS 方程時(shí)通過得到一個(gè)特殊解意外實(shí)現(xiàn)了一個(gè)十分真實(shí)的噴泉場(chǎng)景；管宇等人利用粒子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了瀑布場(chǎng)景的實(shí)時(shí)模擬。 除此之外，還有很多用粒子系統(tǒng)做的成功場(chǎng)景模擬的粒子。 粒子的顏色、初始速度、初始位置、生命周期、衰減周期等等這些都是粒子的常用屬性。使用大概值而不是絕對(duì)值的模糊參數(shù)占據(jù)全部或者絕大部分是很正常的。一些參數(shù)定義了中心值以及允許的范圍 [2]。 近幾年來，粒子系統(tǒng)不斷發(fā)展、改進(jìn)。并且這項(xiàng)技術(shù)被不斷應(yīng)用于模擬大自然景觀。1990 年 提出粒子系統(tǒng)的并行繪制算法 [3]。完成影片 ParticleDream。文獻(xiàn)提出節(jié)日焰火粒子系統(tǒng)的繪制算法 [4]。實(shí)現(xiàn)多種焰火特殊效果。 1998 年 和 運(yùn)用粒子系統(tǒng)，從云的物理原理出發(fā)。結(jié)合紋理映射技術(shù)建立了云的模型 [5]。 OpenGL 的粒子系統(tǒng)能夠逼真的模擬雨雪、爆炸、煙火、噴泉、落葉、海浪、浮云等等自然景象。目前 ,計(jì)算機(jī)圖形界已經(jīng)出現(xiàn)了多種方法模擬自然事物，其中，粒子系統(tǒng)是一種公認(rèn)的較為成功的方法，并受到廣泛的研究、推廣和應(yīng)用。自然也具有了比較廣闊的研究前景。 OpenGL 是是一個(gè)開放性很強(qiáng)的三維圖形包，與窗口系統(tǒng)及操作系統(tǒng)獨(dú)立開來，具有較強(qiáng)的可移植性?；?OpenGL 的多視口操作與色彩融合技術(shù)，利用粒子系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在大型場(chǎng) 景中的漫游效果。 研究意義 本課題對(duì)象為瀑布場(chǎng)景 ,用粒子系統(tǒng)建立模型，并且實(shí)現(xiàn)瀑布動(dòng)態(tài)性。通過定義瀑布水流參數(shù) ,建立一個(gè)基于粒子系統(tǒng)與相關(guān)物理、數(shù)學(xué)原理的瀑布水流運(yùn)動(dòng)模型 ,并且詳細(xì)定義了相關(guān)參數(shù) 。利用編程讀取模型，在場(chǎng)景中繪制出來 。此外還加入了音樂、光照、霧化、文字等效果來增加場(chǎng)景的真實(shí)感。 瀑布場(chǎng)景的模擬粒子系統(tǒng)中較為少見的。瀑布較噴泉壯觀，巨大的水流自上而下，傾盆而至，伴著陽(yáng)光不同角度的照耀，形成一種美而壯于一體的景致，令人振奮。利用粒子系統(tǒng)模擬瀑布，從觀賞角度和實(shí)際影視拍攝需要都極具研究?jī)r(jià)值 。 福州大學(xué) 至誠(chéng) 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 研究?jī)?nèi)容 粒子系統(tǒng)，顧名思義，是由無(wú)數(shù)微小的粒子組成的系統(tǒng)。根據(jù)模擬對(duì)象的需要，每個(gè)粒子都被賦予一定的屬性，包括初始位置、速度、顏色、生命期、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等等。粒子的初始值根據(jù)公式隨機(jī)產(chǎn)生。本文根據(jù)瀑布模型進(jìn)行了如下具體設(shè)計(jì)內(nèi)容： （ 1）、粒子屬性定義； （ 2）、粒子繪制； （ 3）、粒子運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)，粒子的初始化、更新、消亡； （ 4）、針對(duì)背景及粒子進(jìn)行紋理貼圖； （ 5）、通過鼠標(biāo)、鍵盤實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，例如旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等等； （ 6）、光照、音樂、霧化設(shè)計(jì)。 本文通過 OpenGL 原理與粒子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn) 單瀑布場(chǎng)景模擬。利用紋理映射、色彩融合使效果更加逼真。采用一定物理知識(shí)及數(shù)學(xué)公式實(shí)現(xiàn)粒子軌跡運(yùn)動(dòng)。 論文結(jié)構(gòu) 第 1章介紹了粒子系統(tǒng)的發(fā)展背景，以及本文的研究意義、研究?jī)?nèi)容。 第 2章介紹了 OpenGL技術(shù)、基本操作、開發(fā)庫(kù)、基本函數(shù)及應(yīng)用環(huán)境。紋理映射，色彩融合技術(shù)。粒子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的步驟。 第 3章描述了瀑布場(chǎng)景模擬的設(shè)計(jì)。 第 4章描述了瀑布場(chǎng)景模擬實(shí)現(xiàn)過程，重要代碼解析。 第 5章展示瀑布場(chǎng)景模擬效果圖以及簡(jiǎn)要分析。 基于 OpenGL 與粒子系統(tǒng)的瀑布場(chǎng)景模擬 3 第 2 章 相關(guān)技術(shù)介紹 OpenGL 技術(shù) “開放式圖形庫(kù)”是 OpenGL的全稱，它是一個(gè)快捷方便的三維圖形庫(kù)。它的算法是美國(guó) SGI公司開發(fā)和優(yōu)化的 [6]。 1997年， SGI公司和微軟公司 OpenGL放入了 Windows2020中， VC++集成了 OpenGL圖形標(biāo)準(zhǔn)，使其在計(jì)算機(jī)三維圖形領(lǐng)域得到了廣泛的推廣應(yīng)用。 OpenGL 基本操作 OpenGL主要有三個(gè)函數(shù)庫(kù)，分別是核心庫(kù)、實(shí)用函數(shù)庫(kù)和編程輔助庫(kù)。 OpenGL最基本的命令函數(shù)在核心庫(kù)中。核心庫(kù)中有一百多個(gè)函數(shù)，前綴是” gl”，用來建立幾何模型、進(jìn)行坐標(biāo)變換、制造光照效果、進(jìn)行紋理映射、產(chǎn)生霧化效果等所有 的二維和三維圖形操作。實(shí)用函數(shù)庫(kù)是比核心庫(kù)更高一層的函數(shù)庫(kù)，它包括四十多個(gè)函數(shù)，這些函數(shù)前綴都為”glu”。 OpenGL 開發(fā)庫(kù) 使用 OpenGL 進(jìn)行開發(fā)時(shí)，首先我們要現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行配置，配制步驟如下： (1) 動(dòng)態(tài)鏈接文件 ， 復(fù)制至 Syswow64 目錄下； (2) 靜態(tài)鏈接文件 ， 復(fù)制至 VC\lib 目錄下； (3) 函數(shù)說明文件 復(fù)制至 VC\inlude 目錄下。 OpenGL 函數(shù) 窗口操作函數(shù)： glutInit()對(duì) glut 進(jìn)行初始化，并處理所有命令參數(shù)，此函數(shù)要在調(diào)用其它任