【摘 要】
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自然场景的模拟一直是虚拟现实一个重要方面,在本次的实验研究中,将针对日常下雨现象来进行虚拟领域的仿真研究。对雨场景的虚拟仿真广泛应用于影视动画、网络游戏、虚拟漫游体验等不同方向,但是目前这一领域的研究还存在许多短板与不足。不单单是技术人员的技术水平问题,还面临着实验设备不够完善,仿真效果不甚理想等各方面的问题。同时在很多实验室的研究中往往研究比较片面,与实际相对比,从天空落下的雨滴与水面发生碰撞时
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自然场景的模拟一直是虚拟现实一个重要方面,在本次的实验研究中,将针对日常下雨现象来进行虚拟领域的仿真研究。对雨场景的虚拟仿真广泛应用于影视动画、网络游戏、虚拟漫游体验等不同方向,但是目前这一领域的研究还存在许多短板与不足。不单单是技术人员的技术水平问题,还面临着实验设备不够完善,仿真效果不甚理想等各方面的问题。同时在很多实验室的研究中往往研究比较片面,与实际相对比,从天空落下的雨滴与水面发生碰撞时会同时产生多种现象。因此本文提出一种满足实时性要求的雨滴与水面的交互细节真实感绘制的方法,实现对多场景下雨滴与水面的交互现象的模拟。首先,对先前的研究进行综合整理,对比分析各种方法的优缺点,最终确定实验使用粒子系统来完成对雨滴的绘制。并在实验中联系实验实际从实时性的角度出发,最终使用投影网格绘制雨场景中的水面场景,并提出新方法来解决传统投影网格构建水面出现的问题。其次,针对雨场景中雨滴与水面交互时细节真实感缺乏的问题,对雨滴与水面交互时产生的多种现象同时进行模拟,通过引入能量守恒计算约束波高,使用二维波动方程并进行数值求解来模拟雨滴碰撞水面时产生的波纹效果;同时,引入Lipschitz算法,判断雨滴与水面接触时产生的水波是否满足产生飞溅的条件,并采用粒子系统来模拟雨滴与水面接触时产生的飞溅效果,对雨滴飞溅粒子进行受力分析,对其传播路径进行跟踪计算。再次,在雨场景中水面和雨滴的光学效果方面,采取渲染至物体纹理的方法,实现不同情境下雨滴与水面的光学效果,引入Blinn-phong光照模型,混合即可得到一种综合性的雨滴与水面的光照效果。最后,在调查整理结束后进入实验环节:在Unity3D引擎上设计并实现雨场景与水面交互仿真系统。所有的实验结果都是在实验室现有条件下通过实时仿真得到。
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