Android游戏中的粒子系统关键技术研究与景物模拟实现

摘要

粒子系统是模拟不规则外形物体以及模糊物体比较成功的方法之一。目前粒子系统在台式电脑上已经做了很多的研究，但在Android平台的研究较少，尤其是针对3D手机游戏设计的粒子系统更为少见。传统粒子系统利用单一的粒子形状和纹理，生成大量的粒子，来模拟景物，对资源造成极大开销，非常不适合在Android移动平台使用。并且，传统粒子系统没有针对3D游戏开发人员进行设计，这样极大地降低了利用粒子系统在Android移动平台开发3D游戏的效率。
　　 为了克服上述的不足，本文从粒子系统本身设计入手，通过粒子形状、粒子纹理、粒子数量生成等方面来改进粒子系统中的模块，然后改进粒子系统结构，最后利用这些改进的技术来尝试模拟常见的自然景物。
　　 首先，针对传统的平面粒子无法随意改变形状，从而无法有效地模拟动态变化的景物不同时期的运动状态的问题，提出固定四棱锥粒子形状和可控制结构粒子形状。分析了这两种粒子形状的绘制方式，解释它们各自的特点，这样的特点能在什么样的景物模拟中进行使用。实验表明，本文提出的粒子结构，并不增加绘制复杂度，不仅能完成传统粒子的功能，还能在不同的景物模拟过程中，依据当时的景物状态特点，改变粒子的形状，增强景物模拟的准确性。
　　 其次，针对传统粒子系统中粒子生成数量较大，不适合在Android移动平台使用的问题，提出三种解决方法。第一，根据景物不同时间和空间的特点，发射不同的纹理粒子;第二，提出基于景物特征纹理和模糊纹理相结合的组合纹理模式;第三，提出基于景物运动特点的粒子生成算法和基于人眼视觉距离的粒子生成算法。实验表明，三种方法，相对于传统粒子生成方法，减少了粒子数量的生成，因此减少系统开销，增强了粒子系统运行效率。
　　 之后，针对传统粒子系统在游戏开发中，单粒子发射器发射多形状组合粒子较为复杂的问题，提出多级粒子发射器的模型。定义粒子加载库、单级发射器、多级发射器的设计模式，定义多级发射器模型的运动模式和属性更新模式。实验证明，利用多粒子发射器模型，能够方便的在空间和时间上设计多种粒子的单独发射和组合发射，极大提高了开发效率。
　　 最后，通过改进喷射火模型和导入瀑布动力学模型，利用本文之前所以改进的算法和模型，在Android平台上进行景物的模拟，实验证明，该系统增强了景物模拟的表现力，也降低了系统开销，适合在Android移动平台上使用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．2．1 手机3D游戏中的粒子系统

1．2．2 基于粒子系统的景物模拟技术

1．2．3 研究领域呈现的主要问题

1．3 论文主要工作及组织结构

1．3．1 论文主要工作

1．3．2 论文组织结构

第二章 手机游戏引擎中粒子系统相关技术基础

2．1 粒子系统

2．1．1 粒子系统基本思想

2．1．2 粒子系统的特点

2．1．3 粒子系统的基本模型

2．2 自然景物经典模型

2．2．1 经典喷射火焰模型

2．2．2 瀑布的动力学模型

2．3 本章小结

第三章 针对Android平台的粒子改进研究

3．1 现有粒子系统在Android平台上的粒子存在问题分析

3．2 改进的多角度粒子形状

3．2．1 粒子形状改进思路

3．2．2 传统粒子形状对比分析

3．2．3 提出四棱锥结构粒子

3．2．4 提出可控制结构粒子

3．2．5 不同粒子形状的特点及使用环境

3．3 组合纹理渲染

3．3．1 组合纹理设计思路

3．3．2 纹理图片数量

3．3．3 纹理粒子组合方式

3．4 粒子的生成

3．4．1 粒子生成算法思路

3．4．2 提出基于景物运动趋势的粒子生成法

3．4．3 提出基于距离的粒子生成算法

3．4．4 粒子循环使用算法

3．5 本章小结

第四章 基于Android平台改进粒子系统的景物模拟

4．1 喷射火焰模拟

4．1．1 改进经典燃烧学喷射火焰模型

4．1．2 基于喷射火焰改进模型在粒子系统上实现

4．1．3 利用固定型四棱锥粒子结构仿真

4．2 利用特征纹理和组合纹理的景物模拟

4．2．1 基于瀑布运动学模型的模拟

4．2．2 燃烧火焰的模拟

4．3 本章小结

第五章 粒子系统的系统功能实现

5．1 粒子系统结构的需求分析

5．2 改进粒子系统结构设计

5．3 粒子系统主要模块

5．3．1 粒子系统模块

5．3．2 发射器模块

5．3．3 属性控制模块

5．3．4 与传统粒子系统的区别

5．4 系统设计分析

5．4．1 系统运行要求

5．4．2 系统整体流程框架

5．4．3 功能模块详细设计

5．4．4 系统功能测试

5．5 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

致谢

攻读硕士学位期间参与的科研工作和取得的研究成果

参考文献