《计算机图形学》课件 7.7 自然景物模拟实例-雨、雪、瀑布、喷泉

自然景物模拟实例——雨、雪、瀑布、喷泉雨景模拟1.雨点粒子数量的控制每一帧生成的新粒子数量基本保持稳定，或有很小的随机变化常量𝑁0表示每一帧生成的基本粒子数2.雨点粒子的基本形态通过位移映射技术将雨点纹理图像映射到特定的粒子区间内

雨景模拟3.雨点粒子的属性（数据结构）4.雨点粒子的运动模型预设一个有限空间雨滴从一个有限的高度开始匀速（或匀加速）降落到达某一高度（阈值）后，雨滴粒子的生命周期结束structRainParticle{floatlifeCycle;//粒子的生命周期

floatvelocity;//粒子运动的速度，只考虑垂直速度

intx,y,z;//粒子位置};雨景模拟5.算法描述ForeachnewframeStep1：生成一定数量的新粒子，对各个属性赋初值；

Step2：根据雨点粒子的运动规律，更新场景中所有粒子的速度、位置和生命周期；

Step3：在每个新的位置绘制基本图元，并进行位移映射；

Step4：删除已经死亡的粒子，释放其占用的资源。End(a)N0=100(b)N0=1000雪景模拟1.雪景粒子数量的控制每一帧生成的新粒子数量基本保持稳定，或有很小的随机变化常量𝑁0表示每一帧生成的基本粒子数2.雪景粒子的基本形态通过位移映射技术随机地将任意纹理图像映射到特定的雪花粒子区间内

雪景模拟3.雪花粒子的属性（数据结构）4.雪花粒子的运动模型预设一个有限空间雪花从一个有限的高度开始匀速（或匀加速）降落同时保持一定速度的旋转到达某一高度（阈值）后，生命周期结束structSnowarticle{floatlifeCycle;//粒子的生命周期

floatx,y,z;//粒子位置floatxrot,yrot,zrot;//粒子的旋转角度floatDropSpeed;//粒子的降落速度floatAngleSpeed;//粒子的旋转速度intTextureIndex;//粒子对应的纹理索引};雪景模拟5.算法描述不仅考虑降雪过程的模拟，还可以模拟积雪的效果积雪厚度由雪花落在该处的概率和该处积雪的稳定性决定ForeachnewframeStep1：生成一定数量的新粒子，对各个属性赋初值；

Step2：根据雪花粒子的运动规律，更新场景中所有粒子的速度、位置和生命周期；

Step3：在每个新的位置绘制基本图元，并进行位移映射；

Step4：删除已经死亡的粒子，释放其占用的资源。End瀑布模拟1.瀑布粒子的运动模型近似的物理模型水流以随机确定的初速度从瀑布源头开始做向下的抛物线运动粒子在下落过程中，或者因障碍物的撞击改变运动方向，或者因生命期及淡化值达到规定阈值而消亡瀑布粒子运动轨迹瀑布模拟2.瀑布粒子的属性设置及更新粒子位置粒子速度淡化阈值（刻画朦胧的雾化效果）粒子的生命周期瀑布模拟3.瀑布粒子的形状线元作为粒子图元线元长度为粒子在一个时间步长内的位移，由粒子在两个时间点的位置决定沿着粒子的运动轨迹前进，可以减少部分计算开销喷泉模拟1.喷泉粒子的运动模型近似的物理模型喷泉水柱初始在竖直方向做向上的减速运动在重力及空气阻力的合力作用下，粒子上升到最高点，速度为零，而后类自由落体运动合成后粒子运动轨迹类似于抛物线喷泉粒子运动轨迹喷泉模拟2.喷泉粒子的属性粒子的位置粒子的速度淡化阈值（刻画朦胧的雾化效果）在运动过程中随着时间推移，粒子不断淡化直至消失粒子的生命周期判断粒子是否应该消亡（到达其生命期极限）检测粒子当前状态是否达到淡化阈值合成后粒子运动轨迹类似于抛物线喷泉模拟3.喷泉粒子属性的更新假设喷泉水柱粒子的发射源定义在坐标原点每一时刻，从粒子源不断发射粒子当喷泉发射多股水柱时的俯视示意图

喷泉模拟3.喷泉粒子属性的更新粒子速度计算公式粒子位置坐标计算公式

喷泉模拟3.喷泉粒子属性的更新不考虑阻力时，粒子在x和z方向作匀速直线运动，在y（竖直方向）做加速运动加速度仅为重力加速度，速度和位置的坐标计算公式

喷泉模拟4.喷泉粒子的显示只显示具有生命期且淡化值仍保证其可见的粒子如果当前粒子生命期>0，则显示此粒子，否则直接从粒子链表中删除如果当前粒子生命期>0，但淡化值到达了规定阈值，那么说明此粒子已经淡化到不可见，同样可不显示，也从系统中删除喷泉模拟喷泉粒子的形状点元粒子在当前时刻粒子位置以一定的颜色绘制点粒子位置变化，点的显示位置也跟随变化，体现出粒子运动轨迹，粒子淡化效果在颜色中体现多边形粒子以当前时刻粒子位置为中心绘制多边形，将能体现水花效果的纹理映射到多边形上粒子位置变化，多边形位置也跟随变化，体现出粒子运动轨迹喷泉模拟喷泉粒子的形状球体粒子以粒子位置为球心，以最接近水珠的颜色（如青色），绘制小球体，粒子淡化效果在颜色中体现线元粒子计算出当前粒