基于粒子系统的人群交互式烟花系统仿真与实现

摘要

在虚拟现实系统的设计与实现中，自然景物的模拟一直是研究的热点，它们通常具有不规则与不确定性。在这类不规则物体建模方法中，粒子系统方法被公认为是最成功的一种生成方法，并有广泛的应用范围。基于图像处理的计算机视觉感知技术是人工智能领域中的一个重要课题，具有良好的应用前景，有着广阔的发展空间。
　　 本文在认真分析和总结目前国内外烟花粒子系统模拟的基础上，结合科普展项制作的需求和应用，以友好的交互性、真实感和实时性为目标，设计了一个基于粒子系统的人群交互式烟花系统。该系统基于粒子系统建模方法和计算机视觉感知技术分别实现烟花的燃放和人群的自动识别与定位，以人群的位置移动变化自动完成烟花在的燃放，实现自然的多人机交互功能。
　　 本文所做主要工作和研究成果主要有以下三个部分：通过对烟花的特性、几何形状及运动规律的分析，建立烟花模型，利用随机粒子在系统中不规则运动来模拟烟花粒子运动。实现了基于Hough变换人群图像的人头识别与定位方法，通过位置坐标数组将烟花位置属性与人群位置连接一起实现自然的多人机交互过程。设计并实现了一个交互式用户界面，通过改变参数设置显示不同烟花形态，实现了人群交互式烟花粒子系统。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 科普展品研究意义与开发的背景及意义

1.3关键技术的国内外现状

1.3.1 粒子系统仿真技术

1.3.2 人头识别算法

1.3.3 交互式科普展示技术

1.4 本文的主要工作与结构安排

第2章 烟花粒子系统的结构及方案设计

2.1 群体交互式的虚拟烟花演示系统需求分析

2.2 虚拟烟花系统的方案设计

2.3“礼花满天”科普展品功能与结构

2.4 基于图像识别的虚拟烟花控制方法

2.5 本章小结

第3章 烟花粒子系统建模

3.1 烟花粒子系统的关键技术

3.1.1 虚拟现实技术

3.1.2 粒子系统方法

3.2 粒子系统的创建

3.2.1 粒子系统的创建步骤

3.2.2 粒子系统的生成

3.3 粒子系统的仿真模型

3.3.1 粒子的属性描述

3.3.2 粒子的运动状态描述

3.3.3 粒子的消亡

3.3.4 粒子的绘制

3.4 烟花粒子系统建模与仿真

3.4.1 烟花粒子的特性分析

3.4.2 烟花粒子的运动规律分析

3.4.3 烟花粒子的几何模型

3.4.4 烟花粒子的运动模型

3.4.5 烟花粒子的结构体构建

3.4.6 烟花粒子的生命过程模拟

3.5 本章小结

第4章 基于图像处理的人群感知与定位

4.1 基于图像的交互系统的关键技术

4.1.1 模式识别与图形仿真技术

4.1.2 人机交互技术

4.1.3 计算机视觉技术

4.2 人群感知与检测

4.2.1 基于图像的人的头部特征选取

4.2.2 人群感知模型

4.3 人头的精确定位

4.3.1 Hough变换的研究

4.3.2 基于Hough变换的人头定位算法流程

4.3.3 实验结果及分析

4.4 本章小结

第5章“礼花满天”系统的开发与实现

5.1“礼花满天”系统的开发环境与流程

5.2 系统的实现结果

第6章 总结与展望

6.1 本文的主要工作总结

6.2 工作中的不足及改进构想

参考文献

致谢