c语言模拟水滴分离融合算法,水滴与玻璃表面的交互模拟-燕山大学学报.PDF

水滴与玻璃表面的交互模拟-燕山大学学报

第４ １ 卷 第２ 期 燕山大学学报 Ｖｏｌ ４ １ Ｎｏ ２

２０１７ 年３ 月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｍａｒ． ２０１７

文章编号：１００７⁃７９１Ｘ(２０１７)０２⁃０１６４⁃０７

水滴与玻璃表面的交互模拟

１，２ ， ∗ １，２ １，２

唐　 勇 ，赵圆圆 ，吕梦雅

(１． 燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛０６６００４ ；

２．河北省计算机虚拟技术与系统集成重点实验室，河北秦皇岛０６６００４ )

摘　 要：针对在虚拟的雨场景中动态水滴交互的问题，提出一种水滴与玻璃表面交互的模拟方法。 首先，针对

水滴随机运动的描述问题，建立水滴的模型，包括几何模型和运动模型，保证水滴的运动符合自然规律；其次，

引入Ｍｅｔａｂａｌｌ 技术，改进绘制算法中势能的球心位置计算方法，实时解决水滴碰撞后的变形问题；引入距离临

界值，实现水滴之间的融合现象；然后，利用Ｃｇ 语言编程实现反射和折射效果，与光照模型混合得到综合的光

学效果，减少计算成本，提高实时性；最后，构建多种水滴与玻璃表面的动态交互实例。 实验表明，本文方法能

够快速实时模拟出水滴与玻璃表面的交互效果。

关键词：水滴；动力学建模；融合算法；实时渲染

中图分类号：ＴＰ３９１．９　 　 文献标识码：Ａ　 　 ＤＯＩ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００７⁃７９１Ｘ．２０１７．０２．０１０

计算深度场，在速度方面还有待提高。 ２００５ 年，

０　 引言 ［５］

Ｗａｎｇ 等 使用一个简单的动态接触角模型计算

许多研究人员一直试图利用计算机去模拟自 流体表面张力，该算法可以稳定、准确地模拟水滴

然场景， 人们在日常生活中最常见到的就是降雨现 的各种形变，虽然这种方法适合各种固体的表面，

象，雨场景在游戏、虚拟现实、驾驶仿真等方面都有 但是水滴的渲染是基于物理的方法，计算的代价

［６］

重要应用。 雨场景中的雨滴不是孤立存在的，它和 巨大。 ２００６ 年，Ｒｏｕｓｓｅａｕ 等 为提高下雨天气的

周围的环境相互影响，例如，雨滴在地面上，这就涉 真实性，提出一种基于物理的渲染水滴的实时模

及到液体和固体的交互等，无论是哪种交互，都是 型，但是仅考虑了水滴的渲染工作。 ２００７ 年，

［７］

图形图像学中的热点和难点。 近年来，除了大规模 Ｓｔｕｐｐａｃｈｅｒ 等 提出利用创建纹理图来渲染水滴

流体的外观和运动外，关于小规模的液体飞溅效果 效果真实，但是该方法在实现过程中限制条件较

［８］

以及水滴的模拟方法也在不断研究。 多。 ２０ １０ 年，Ｔｈüｒｅｙ 等 提出一种混合的方法，用

１９９９ 年，Ｋａｎｅｄａ 引入了基于图像真实感绘制 于模拟高细节的水滴效果，但是需要大量计算网

方法和简化水