【正文】 繪制算法 [3]。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。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。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，基于 OpenGL 與粒子系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行瀑布場(chǎng)景模擬，是一種在一般電腦上就可以實(shí)現(xiàn)且效果令人滿意的方法。首先，對(duì)現(xiàn)實(shí)瀑布特征進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出一個(gè)瀑布模型，根據(jù)一定的物理知識(shí)及數(shù)學(xué)知識(shí)構(gòu)造出瀑布模型的軌跡，飛流直下，遇到障礙物時(shí)飛濺反彈而起再做一個(gè)拋物 線運(yùn)動(dòng)落下。 用粒子系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行瀑布場(chǎng)景的模擬是一種非常有效并且逼真的方法。保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定。 福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 基于 OpenGL 與粒子系統(tǒng)的瀑布場(chǎng)景模擬 姓 名： 林楠 學(xué) 號(hào)： 210991469 系 別： 計(jì)算機(jī)工程系 專 業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 年 級(jí)： 2020 級(jí) 指導(dǎo)教師： 謝伙生 2020 年 3 月 30 日 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的。 論文作者簽名： 日期： 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位 論文的規(guī)定，即：學(xué)院有權(quán)保留送交論文的印刷本、復(fù)印件和電子版本，允許論文被查閱和借閱；學(xué)院可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其他復(fù)制手段保存論文。動(dòng)畫，廣告，電影、 游戲，藝術(shù)設(shè)計(jì)等等都能看到它存在的身影。為了使模擬視覺(jué)效果逼真，本系統(tǒng)采用了 OpenGL 中的紋理映射、光照、顏色、視圖等相關(guān)知識(shí)。最后， Visual— C++ 作為編程工具實(shí)現(xiàn)以上代碼。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。 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。并且這項(xiàng)技術(shù)被不斷應(yīng)用于模擬大自然景觀。實(shí)現(xiàn)多種焰火特殊效果。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。 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。 瀑布場(chǎng)景的模擬粒子系統(tǒng)中較為少見(jiàn)的。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。利用紋理映射、色彩融合使效果更加逼真。紋理映射，色彩融合技術(shù)。 第 5章展示瀑布場(chǎng)景模擬效果圖以及簡(jiǎn)要分析。 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 開(kāi)發(fā)庫(kù) 使用 OpenGL 進(jìn)行開(kāi)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(shuō)明文件 復(fù)制至 VC\inlude 目錄下。可以賦予材質(zhì)和對(duì)物體進(jìn)行光照 [8]?？梢苑譃槎S紋理映射和三維紋理映射兩個(gè)大類。當(dāng) OpenGL 混合參數(shù)被激活時(shí)， Alpha 值為 表示對(duì)象是完全透明的。大量的粒子構(gòu)成一個(gè)粒子系統(tǒng)。 粒子系統(tǒng)總是隨著時(shí)間推移不斷 變化，任何一個(gè)粒子在生命周期中，每一個(gè)單位時(shí)間都要經(jīng)歷以下 4個(gè)工作： (1) 粒子源產(chǎn)生粒子：根據(jù)初始值產(chǎn)生一定數(shù)目的粒子，其初始屬性由隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生。 福州大學(xué) 至誠(chéng) 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 第 3 章 瀑布系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)大致框架 制作一個(gè)瀑布模 型場(chǎng)景的模擬，首先我們需要運(yùn)用粒子系統(tǒng)，并且利用紋理映射對(duì)其進(jìn)行貼圖，使其效果更逼真。 瀑布粒子的生成 生成粒子系統(tǒng)時(shí) ，設(shè)定每一個(gè)粒子的初始位置都一致，引入隨機(jī)函數(shù)，計(jì)算出每一個(gè)粒子初始速度大小及方向。 本文中，粒子的更新通過(guò) HOWMANY 所設(shè)定的數(shù)量來(lái)控制，如果活躍粒子數(shù)量不足，福州大學(xué) 至誠(chéng) 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 粒子源即發(fā)出新的粒子，并且每次更新數(shù)目由 Toupdate 來(lái)控制。例如當(dāng)粒子的顏色和透明度小于系統(tǒng)初始設(shè)定值，或者粒子的運(yùn)動(dòng)超出了規(guī)定的區(qū)域范圍，這些均可以認(rèn)為粒子已經(jīng)死亡并將其從系統(tǒng)中刪除。本 文用的是球形來(lái)繪制水粒子。本文采用數(shù)組來(lái)定義粒子屬性。 //每次更新數(shù)目 float particles[HOWMANY][7]。 // y 方向位置初始化 particles[i][2] = TOP+tweak(.1)。 // z 方向速度更新 particles[i][6] = 1.。以下為瀑布粒子生成代碼實(shí)現(xiàn)： void waterfall(void) { int j, k。 (k HOWMANY)。 jHOWMANY。本文中，粒子沒(méi)有生命期，生命的消亡完全根據(jù)其是否已經(jīng)超出底部位置決定。實(shí)現(xiàn)代碼如下所示： void update(int i) { if (particles[i][2] BOTTOM) particlesInit(i)。 particles[i][4] += tweak(.2)。 // 更新豎直速度 particles[i][2] += particles[i][5]*DELTA_T。由于是對(duì)球體進(jìn)行貼圖，本文先將粒子坐標(biāo)平移至球心，再開(kāi)啟紋理映射，貼圖結(jié)束后再平移回原來(lái)位置。//水滴半徑 myQuad = gluNewQuadric()。 //x、 y、 z 位置 glTranslatef(x,y,z)。 //以二次曲面為目標(biāo)， d 為半徑， 3 經(jīng)度， 2 緯度繪制一個(gè)球體。 w、 q鍵為向 y軸正負(fù)方向旋轉(zhuǎn)， a、 s鍵為向 x軸正負(fù)方向旋轉(zhuǎn)， z、 x鍵為向 z軸正負(fù)方向旋轉(zhuǎn)。 if(camYaw 5) camYaw = camYaw5。 if(camYaw ) camYaw = 5+camYaw。 if(camPitch 2) camPitch = 2。 if(camPitch 2) camPitch = 2。 } if(key==39。 } display()。再次按下時(shí)，霧化效果消失。) //是否顯示霧化 { show_FOG = !show_FOG。當(dāng)按下鍵盤 r、 t鍵時(shí)，調(diào)用函數(shù)，分別顯示古詩(shī)第一句、第二句。) //第一句介紹 { first_line = !first_line。 } display()。) { InitFMOD()。 當(dāng)按下鍵盤 m鍵，對(duì)音樂(lè)進(jìn)行初始化，再播放背景音樂(lè)。 // 初始化音頻文件 FSOUND_Stream_Play(FSOUND_FREE,mp3back)。增加的值沒(méi)有上限，對(duì)減少到 0 時(shí) ，本文設(shè)定最小為 50。 } if(key==39。 } display()。并且每次移動(dòng)后，將新的坐標(biāo)傳回?cái)z像機(jī)。 else mdown = 0。 else if(camYaw ) camYaw = 。 } else { camRadius += *(GLfloat)(ymy)。 } 基于 OpenGL 與粒子系統(tǒng)的瀑布場(chǎng)景模擬 17 音樂(lè)添加 在本設(shè)計(jì)中，有兩首音樂(lè)，一首背景音樂(lè)，一首古詩(shī)朗誦。 // 音樂(lè) *.mp3 格式 GLvoid InitFMOD(void) // 載入音頻詩(shī)歌文件 { if (FSOUND_Init(44100, 32, 0)) // 把聲音初始化為 44khz { mp3back = FSOUND_Stream_OpenFile(data/, FSOUND_LOOP_NORMAL, 0)。 i HOWMANY。 // 播放背景音樂(lè) mp3 } 霧化效果 先確定霧化類型，其次設(shè)定霧的顏色、濃度、渲染方式、開(kāi)始的深度、終止深度。 // 霧的類型為線性霧模式，霧用深度來(lái)描述 glFogfv(GL_FOG_COLOR, fogColor)。 // 霧的開(kāi)始深度 glFogf(GL_FOG_END, )。 //交換緩沖區(qū)，雙緩存 } 文 字顯示效果 顯示文字，首先計(jì)算出字符個(gè)數(shù)，如果是雙字節(jié)，兩個(gè)字節(jié)算一個(gè)字符，否則一個(gè)字節(jié)算一個(gè)字符。所謂段字符，就是用 8bit來(lái)表示的字符。 wchar_t * wstring。 str[i]!=39。 } //將混合字符轉(zhuǎn) 化為寬字符 wstring=(wchar_t*)malloc((len+1)*sizeof(wchar_t))。 //逐個(gè)輸出字符 for( i=0。 } //資源回收 free( wstring )。 DeleteObject(hOldFont)。 )。 )。最終反射到人眼的顏色是光的RGB 分量的反射率與材質(zhì) RGB 分量的反射率乘積。光照實(shí)現(xiàn)代碼如下所示： void myinit(void) { int i。 // 環(huán)境光給黑色完全透明 GLfloat light_pos1[]={ , , , }。 // 第三盞燈位置 GLfloat light_col2[]={ , , , }。 //背景設(shè)置為黑色 glShadeModel(GL_SMOOTH)。 //開(kāi)啟紋理映射 glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_SPECULAR, mat_specular )。 //經(jīng)過(guò)鏡面反射后形成的光線強(qiáng)度 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_col0 )。 glLightfv(GL_LIGHT1, GL_DIFFUSE, light_col1 )。 glLightfv(GL_LIGHT2, GL_DIFFUSE, light_col2 )。 // 開(kāi)啟光照模型 1 glEnable(GL_LIGHT1)。 系統(tǒng)結(jié)果與分 析 圖 51瀑布正面效果圖 這是在本系統(tǒng)下，利用 OpenGL與粒子系統(tǒng)繪制的瀑布場(chǎng)景模擬效果圖。 近幾年來(lái)，運(yùn)用 粒子系統(tǒng) 已經(jīng)變成模擬不規(guī)則事物的一種常見(jiàn)方法。根據(jù)現(xiàn)實(shí)瀑布，設(shè)計(jì)出一個(gè)較為貼近生活的瀑布運(yùn)動(dòng)軌跡。為了增強(qiáng)瀑布的動(dòng)感，本文還位場(chǎng)景增加了光照模型，固定三盞光源位置，隨著瀑布角度的變化，受到不同的光照，瀑布呈現(xiàn)出不同的顏色。例如，本人電腦是 64 位機(jī)，在搭建環(huán)境上首先就遇到了和小組他人不一樣的問(wèn)題。 基于 OpenGL 與粒子系統(tǒng)的瀑布場(chǎng)景模擬 27 參考文獻(xiàn) [1] Reeves SystemsA Technique for Modeling 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