流体场景的屏幕空间实时绘制研究

摘要

真实感流体场景的实时绘制是现阶段计算机图形学领域的研究热点和难点问题,其应用范围涵盖计算机动画、游戏制作、虚拟现实等多个领域。屏幕空间绘制技术是近来迅速发展的实时绘制技术,但现有基于各向同性的屏幕空间流体绘制方法难以提取光滑流体表面,为克服此缺陷,本文提出了一个可在通用图形处理器上并行处理的基于各向异性的屏幕空间流体绘制框架,能使较大规模的流体场景绘制达到实时,并具有良好的视觉效果。
　　 本文第一章介绍了流体场景模拟的重要意义,回顾了计算机图形学界对流体模拟的研究历史,着重介绍了屏幕空间流体绘制技术和各向异性绘制方法的相关研究工作,并介绍了本文的主要工作。
　　 本文第二章首先介绍了流体模拟的基本方法,然后阐述作为本文的流体模拟基础的SPH(Smoothed Particle Hydrodynamic,平滑粒子流体动力学)方法,并提出本文的屏幕空间SPH流体绘制框架。针对以往屏幕空间绘制方法难以获取平滑表面的问题,提出了流体表面平滑模型,该模型包含粒子位置平滑、基于各向异性的流体建模、及深度图后期平滑这三个技术模块。最后提出改进的基于屏幕空间的流体光照模型,并给出了完整的屏幕空间流体绘制方法。
　　 本文第三章提出了屏幕空间流体绘制框架下基于GPU加速的各向异性建模方法。首先介绍了各向异性流体绘制方法在经典SPH流体及屏幕空间绘制中应用的相关工作,接着阐述了各向异性流体建模方法,该方法首先从粒子位置数据中构建各向异性矩阵,再在屏幕空间绘制中应用此各向异性矩阵,从而获取更加平滑的原始深度数据,采用GPU加速技术,得到了更平滑的流体表面绘制结果。
　　 在本文的最后,作者对全文的研究工作进行了总结,并提出了进一步的研究方向。