粒子系統(tǒng)背景下的紋理映射火焰模擬技術(shù)

文/周娟

1 粒子系統(tǒng)概述

粒子系統(tǒng)在建立過(guò)程中設(shè)定了與過(guò)去傳統(tǒng)系統(tǒng)具有較大差異的方式來(lái)構(gòu)造與繪制景物，其主要是通過(guò)多個(gè)不規(guī)則隨機(jī)分布粒子組成，不同粒子都具備對(duì)應(yīng)的生命活動(dòng)周期，其能長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)，不斷改變自身變化形狀，在完整的生命周期中要經(jīng)過(guò)出生、運(yùn)動(dòng)、死亡過(guò)程。為了使得粒子系統(tǒng)表示的各類景物具有突出的隨機(jī)性，粒子基本屬性能受到隨機(jī)變化的過(guò)程。正常情況下，粒子系統(tǒng)在物體描述過(guò)程中主要有以下過(guò)程。

（1）對(duì)要模擬對(duì)象的靜態(tài)屬性以及靜態(tài)狀態(tài)進(jìn)行分析，建立初始化狀態(tài)的粒子屬性。

（2）對(duì)要模擬對(duì)象的動(dòng)態(tài)屬性以及動(dòng)態(tài)狀態(tài)進(jìn)行分析，建立粒子屬性的動(dòng)態(tài)變化特性。

（3）在系統(tǒng)中添加相應(yīng)數(shù)量的粒子，要對(duì)不同粒子進(jìn)行定義，賦予其對(duì)應(yīng)的屬性。

（4）在系統(tǒng)中及時(shí)刪除超出生命周期的粒子，就是已經(jīng)喪失活動(dòng)能力的死亡粒子。

（5）依照粒子具有的動(dòng)態(tài)屬性對(duì)粒子進(jìn)行移動(dòng)、轉(zhuǎn)換與更新。

（6）繪制出能有效展示出有生命粒子的圖形。

1.1 粒子的屬性

粒子基本屬性中主要有多項(xiàng)要素組成，其中主要有初始顏色、初始運(yùn)動(dòng)、初始位置、透明度、完整生命周期，初始形狀等。正常情況下一般粒子初始大小與初始位置大多都是受到粒子發(fā)射器影響，常有的基本形狀主要有平面、球面等。初始速度V(f0)=平均速度VM×rand()×速度方差VV。初始顏色是C（f0）=平均顏色Cm×rand()×顏色方差Cv。初始透明度t(f0)=平均透明度tm×rand()×透明度方差tv。

1.2 粒子的產(chǎn)生

粒子在產(chǎn)生過(guò)程中能通過(guò)隨機(jī)函數(shù)進(jìn)行表達(dá)與控制，要依照各個(gè)粒子屬性參數(shù)分析變化基本范圍，在此范圍中要分析其基本屬性值，實(shí)際范圍要依照最大方差以及平均設(shè)定值進(jìn)行確定。能獲取基本表達(dá)式：npp(fi)=mpp(fi)+rand()×vpp(fi)，其中在[-1，1]中rand()屬于均勻分布的隨機(jī)函數(shù)，mpp(fi）與vpp(fi）是fi幀產(chǎn)生粒子數(shù)量的平均值。

1.3 粒子的活動(dòng)與消亡

粒子產(chǎn)生之后，將會(huì)賦予最新的屬性，粒子能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，一直到運(yùn)動(dòng)死亡。正常情況下，粒子死亡大多有兩個(gè)基本表現(xiàn)情況，主要有粒子運(yùn)動(dòng)生命周期終止，粒子運(yùn)動(dòng)以及基本屬性值超出了限定閥值。粒子運(yùn)動(dòng)與初始運(yùn)動(dòng)之間緊密聯(lián)系，與加速度之間具有較大聯(lián)系。在設(shè)定加速度中，粒子能展示出良好的變速運(yùn)動(dòng)成效。為了使得畫(huà)面表現(xiàn)效果更具有真實(shí)性，在模擬中能賦予粒子對(duì)應(yīng)的加速度，例如對(duì)物體受重力狀態(tài)效果進(jìn)行模擬，可以為粒子添加多個(gè)方向的加速度，促使粒子不單方面是簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)，從視覺(jué)角度中能得出其是規(guī)范化的拋物線運(yùn)動(dòng)，能提升更加真實(shí)的模擬效果。

不同離子都具有自身相對(duì)應(yīng)的生命周期，具體消亡時(shí)間和粒子初始化過(guò)程中賦予的各項(xiàng)生命值具有較大聯(lián)系，與渲染場(chǎng)景緊密聯(lián)系。所以當(dāng)前粒子在消亡過(guò)程中主要是具備以下情況，隨著時(shí)間變化粒子生命值會(huì)逐步遞減，當(dāng)粒子生命值趨向于0時(shí)，此粒子生命將會(huì)被終結(jié)，粒子系統(tǒng)在檢測(cè)過(guò)程中將此類粒子刪除。在模擬場(chǎng)景中會(huì)設(shè)定不同范圍，粒子和初始位置距離較近，能設(shè)定對(duì)應(yīng)的閥值進(jìn)行有效監(jiān)控。當(dāng)距離S超出規(guī)定閥值之后，此類粒子要被及時(shí)刪除。

2 紋理映射分析

目前在規(guī)范化的紋理映射方式中，常用的方法主要有正、反向紋理映射方法。其中正向紋理映射方式對(duì)圖形顯示算法沒(méi)有較大依賴性，主要是對(duì)應(yīng)完整紋理空間中相關(guān)的紋理元素。要對(duì)圖像空間中各個(gè)圖像組成元素進(jìn)行精確化計(jì)算，能有效調(diào)控計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間，但是容易導(dǎo)致紋理失去條理性，產(chǎn)生孔洞問(wèn)題，圖像真實(shí)性降低，對(duì)紋理基本映射速度具有較大限制作用。其次，反向紋理映射方法主要是通過(guò)一般圖形進(jìn)行顯示，比如常用的光線跟蹤、掃描線算法等。會(huì)導(dǎo)致紋理映射過(guò)程中圖形產(chǎn)生混亂，要在計(jì)算機(jī)中將不同貼圖紋理進(jìn)行保存，其對(duì)計(jì)算機(jī)容量值具有較高要求。本文對(duì)紋理數(shù)量整合要求較少，但是對(duì)其真實(shí)效果具有諸多較高要求。應(yīng)用反向紋理映射方式，具有良好的應(yīng)用成效，也能選用應(yīng)用形式不同的映射方式，比如四叉樹(shù)正向紋理映射方法，在網(wǎng)格規(guī)范化劃分基礎(chǔ)上的的紋理映射方式。

3 火焰模擬與煙花模擬探析

在熱力學(xué)現(xiàn)象中火焰是常見(jiàn)現(xiàn)象，其主要是受到受熱氣體影響產(chǎn)生隨機(jī)性運(yùn)動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生規(guī)則化的幾何形狀。在過(guò)去傳統(tǒng)物理數(shù)學(xué)模型中要想對(duì)火焰燃燒變化過(guò)程進(jìn)行精確化模擬，要采取多種形式的計(jì)算，投入較多資源成本，也未能提升火焰模擬實(shí)時(shí)效果。單方面紋理技術(shù)要進(jìn)行不同取樣，將各個(gè)位置紋理進(jìn)行有效歸類，放置在最佳位置，此類計(jì)算方式消耗計(jì)算量較低，但是獲取的模擬結(jié)果真實(shí)性較差，容易產(chǎn)生圖片斷層等問(wèn)題，模擬效果較為刻板。從粒子系統(tǒng)火焰模擬基本形式來(lái)看，主要是通過(guò)不同小單元控制組成對(duì)完整的模擬場(chǎng)景進(jìn)行精確化控制，此類模擬方式對(duì)火焰等沒(méi)有規(guī)則性的動(dòng)態(tài)化物體模擬應(yīng)用價(jià)值突出，對(duì)模擬成效進(jìn)行靈活調(diào)動(dòng)，此時(shí)粒子數(shù)量高低對(duì)平衡關(guān)系具有較大影響。所以當(dāng)前為了能保障離子系統(tǒng)渲染速率全面提升，簡(jiǎn)化CPU計(jì)算壓力，可以合理應(yīng)用GPU加速技術(shù)完成各項(xiàng)操作。

火焰模擬實(shí)現(xiàn)過(guò)程，其中有效粒子特指粒子完整的生命運(yùn)動(dòng)周期尚未結(jié)合，其粒子屬性尚未超出屬性閥值。目前要想對(duì)火焰動(dòng)態(tài)化表現(xiàn)效果進(jìn)行真實(shí)模擬，對(duì)粒子屬性值及時(shí)進(jìn)行更新是重要內(nèi)容。補(bǔ)充添加各類新粒子能提升火焰真實(shí)性與持續(xù)性。在火焰中，粒子形狀是重要影響要素，從具體實(shí)踐中能得出火焰沒(méi)有具體的顆粒狀態(tài)，要通過(guò)補(bǔ)充更多粒子來(lái)實(shí)現(xiàn)。從粒子理論中能得出，不同粒子都能被視為是完整的點(diǎn)光源，在計(jì)算過(guò)程中分析可顯示粒子的光亮值，要求研究人員開(kāi)展大量計(jì)算，對(duì)火焰實(shí)時(shí)變化具有較大影響。所以當(dāng)前在火焰精確化模擬過(guò)程中，要基于分析粒子基本形狀以及紋理貼圖等對(duì)火焰效果進(jìn)行模擬。在三維空間狀態(tài)下，粒子能保持有效運(yùn)動(dòng)，其基本組成屬性在時(shí)間要素變化影響下發(fā)生變化。當(dāng)前能選取不同措施對(duì)粒子基本顏色變化進(jìn)行有效控制，促使粒子透明度更趨于合理化。

在物理變化過(guò)程中進(jìn)行建模，對(duì)火焰基本燃燒過(guò)程以及燃燒特性進(jìn)行分析，在建模過(guò)程中難度較大，要對(duì)細(xì)節(jié)部分進(jìn)行控制。從視覺(jué)表現(xiàn)力方面進(jìn)行建模，要對(duì)細(xì)節(jié)部分模擬進(jìn)行控制，提升視覺(jué)表現(xiàn)效果。在模型建立過(guò)程中，具有明顯的實(shí)時(shí)性特征。應(yīng)用粒子系統(tǒng)將完整的火焰分為不同的火焰粒子，為粒子設(shè)定相應(yīng)的屬性，對(duì)其發(fā)展變化過(guò)程進(jìn)行分析。其次，為了使得火焰粒子持續(xù)性更為突出，要及時(shí)補(bǔ)充更多新型粒子提升模擬成效，對(duì)火焰產(chǎn)生的各項(xiàng)外力表現(xiàn)成效進(jìn)行分析，能提升火焰表現(xiàn)效果。

煙花屬于人造景物，煙花燃放過(guò)程中在正常情況下主要有上升與爆炸兩個(gè)階段，煙花焰色基本反應(yīng)是先與火藥產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，再基于發(fā)光劑實(shí)現(xiàn)煙花不同爆炸效果。發(fā)光劑是通過(guò)各類金屬粉末組成，在各類粉末中包含較多金屬離子，此類離子在燃燒作用中會(huì)釋放出各類煙色。生產(chǎn)人員煙花制作過(guò)程中進(jìn)行自由組合，使得燃燒順序與基本形狀發(fā)生變化，最終產(chǎn)生不同形態(tài)的煙花。煙花依照結(jié)構(gòu)與燃燒之后運(yùn)動(dòng)基本形式差異性當(dāng)前能分為禮花彈煙花、盆花煙花、燭光煙花、字幕煙花等。

煙花在空中成功爆炸之后，還會(huì)產(chǎn)生不同視覺(jué)表現(xiàn)效果，常見(jiàn)的視覺(jué)效果有多層、漸變、拉手、閃爍等。比如球狀牡丹煙花，白閃牡丹與漸變牡丹之間存在較大差異性，煙花粒子消失時(shí)間并不是相同時(shí)刻，顯示效果也不是各類粒子集體規(guī)律變化過(guò)程。過(guò)去此類效果基本實(shí)現(xiàn)算法主要是對(duì)粒子生命值相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，能對(duì)粒子生命值變化速率進(jìn)行控制。此類過(guò)程化方法應(yīng)用缺點(diǎn)就是煙花屬性更新中復(fù)雜程度較高，其中存在較多隨機(jī)現(xiàn)狀，要重視粒子屬性隨機(jī)化問(wèn)題，還要對(duì)粒子閾值進(jìn)行分析，對(duì)煙花模擬計(jì)算方法要求較高。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，當(dāng)前在火焰模擬過(guò)程中將粒子系統(tǒng)與紋理映射進(jìn)行有效融合，能在微機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行展示。從具體實(shí)驗(yàn)中能得出，其靈活性、實(shí)時(shí)性、適用性較強(qiáng)，真實(shí)效果更突出。此類模擬不僅僅能對(duì)火焰進(jìn)行模擬，目前還能在各類特殊效果模擬中，在試驗(yàn)過(guò)程中逐步探究，獲取更多物象真實(shí)化模擬成效。