基于VRML的自然景物动画模拟研究与应用

摘要

近年来，随着虚拟现实技术和计算机图形学的发展，对自然景物动态效果的真实模拟已成为研究热点，在游戏、动漫、影视、广告、视景仿真、军事等各个领域中，具有迫切的应用需求。目前，该领域的研究主要采用基于OpenGL、Direct3D的实现方法，生成的场景交互性差，且模型文件较大，在网络应用方面存在一定的局限性，然而，随着互联网技术的普及，基于Web的应用需求日益渐增。本文针对这一问题，采用基于网络的VRML对常见的自然景物动画效果模拟进行了研究和应用，具体包括风中麦浪波动、风中树木摇曳、喷泉、海浪的模拟。 文中基于VRML的实现特点，对麦浪波动效果模拟过程中，采用骨架建模思想来完成小麦的建模，提出“波动时间间隔”思想成功地实现了整片麦浪波动效果的真实模拟，为相关领域的动画模拟研究提供了新的思路；对于风中树木摇曳的模拟，采用几何与图像相结合的参数化建模方法，基于材料力学理论来计算树枝与树叶在风中的运动情况，很好地模拟了树木在风中摇曳的动态效果；对于喷泉的动态模拟，通过对经典粒子系统进行改进，用一定数量粒子的重复运动代替不断生成的大量粒子，大大减少了计算量，保证了良好的实时性；在海浪的动画模拟中，通过对常见海浪模型的研究和分析，选取较为简单的海浪模型，利用VRML中特有的海拔栅格节点，结合纹理映射和LOD技术，实现了海浪的实时模拟。 将上述动画效果模拟应用到开发的三维场景建模平台中，实验结果证明了方法的可行性，在保证网络实时浏览和交互的同时，能够得到较强的真实感。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章：绪论

1.1虚拟现实技术

1.1.1虚拟现实的概念

1.1.2虚拟现实技术的研究现状及应用

1.1.3自然景物动画模拟研究现状

1.2虚拟现实建模语言VAML

1.2.1 VRML概述

1.2.2 VRML的工作方式

1.3课题组历史背景介绍

1.4本课题的主要研究内容

第二章 风中麦浪波动效果的实时模拟

2.1引言

2.2相关工作

2.3小麦建模

2.4风中麦浪波动模型

2.4.1风场模型

2.4.2单株小麦的动态模型

2.4.3整片麦用随风波动模型

2.5实现

2.5.1场景优化

2.5.2实现和应用

2.6本章小结

第三章 风中树木摇曳动画效果模拟

3.1引 言

3.2相关工作

3.3树木建模

3.4风中树木摇曳动态模型的建立

3.4.1树枝的运动

3.4.2树叶的运动

3.5风中树木摇曳动画的实现

3.5.1递归分形树动画实现

3.5.2多边形树木动画实现

3.6本章小结

第四章基于粒子系统的喷泉模拟

4.1引言

4.2相关工作

4.3粒子系统

4.3.1粒子系统的基本原理

4.3.2粒子系统的基本模型

4.3.3改进的粒子系统模型

4.4喷泉系统基本模型

4.4.1喷泉粒子

4.4.2水柱形成

4.4.3喷泉体

4.5实现

4.5.1粒子属性

4.5.2水柱

4.5.3喷泉实现

4.6本章小结

第五章 海浪的实时模拟

5.1引言

5.2相关工作

5.3海浪模拟算法

5.3.1几何造型法

5.3.2物理模型法

5.3.3 Perlin噪声合成

5.4海浪实时模拟的实现

5.4.1海拔栅格节点ElevationGrid

5.4.2 LOD技术

5.4.3海浪模拟实现

5.5本章小结

第六章总结

参考文献

致 谢

研究成果及发表的学术论文

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