实时动态云的生成算法

摘要

虚拟现实技术是近年来新兴的一项崭新的综合性信息技术，它融合多种信息技术的最新发展成果，为我们创建和体验虚拟世界提供了强有力的支持，并广泛应用到了社会的各个领域。 在虚拟场景中，尤其是室外虚拟场景，如飞行模拟、游戏和军事演习等系统中3D云是一个非常重要的组成部分，使场景的真实度和交互性大大提高。但是云层只是场景组成中的一个部分，因此在保证真实度和交互性的基础上，应尽可能减少3D云层生成所需的计算量和资源。 云的生成主要分为建模和渲染两个阶段，目前的工作也均是在这两个阶段上设计算法以提高真实感，加强交互性和尽可能减少计算量。目前针对3D云层的生成研究做了许多开创性的工作，并取得了较好的效果，但仍存在一些问题需要解决。 本文在前四章中对云在建模和渲染方面所做的工作进行了总结。并在第五章对Dobashi和Harris等人提出的算法进行了改进：由于采用元胞自动机思想易于对元胞的变化状态进行控制和多重散射技术能对云的光照计算更加精确，本文将元胞自动机理论和多重散射技术有机结合来绘制云，充分发挥它们的优点；对元胞自动机中逻辑变量的转换规则进行了添加，使云层在风力作用下可以漂移，增加了其真实性；采用Impostor技术来简化计算。在真实感和速度上均取得了比较满意的效果。

目录

摘要

1.虚拟现实的介绍

1.1 人机交互界面的历史与发展

1.2 VR的基本概念

1.2.1 VR的定义

1.2.2 VR的特点

1.2.3 VR系统的组成与功能

1.3 VR系统的分类

1.4 VR系统的应用领域

2.课题背景及发展状况

2.1云的建模生成的几种方法

2.1.1基于体过程的云的建模方法

2.1.2基于分形的云建模方法

2.1.3基于文法的云建模方法

2.1.4云的粒子系统模型

2.1.5云的内隐面建模方法

2.1.6对于几种方法的分析

2.2 云的渲染方法简介

2.2.1云层与光的相互作用

2.2.2前期云绘制方法

3.元胞自动机理论在云建模中的应用

3.1元胞自动机

3.1.1元胞自动机的由来

3.1.2元胞自动机的机理

3.1.3元胞自动机的数学定义

3.1.3元胞自动机的应用

3.2云建模中采用元胞自动机理论

3.2.1基本思想

3.2.2连续密度的计算

3.2.3小结

4.多重散射技术

4.1光源组成及光线简化

4.2多重散射技术

5.动态云层的生成与渲染

5.1动态云层生成

5.2风作用下的动态云层

5.3 Impostor技术用于云的渲染

5.4生成效果图

6.课题总结与展望

6.1 工作小结

6.2 课题展望

参考文献

致谢

个人论文发表情况