【摘 要】
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近年来,自然现象的建模和渲染是虚拟现实与系统仿真研究热点问题。云的外形美观,在飞行模拟、虚拟场景绘制中应用广泛,但是云的运动复杂、形状多样、变幻莫测,因此如何模拟出
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近年来,自然现象的建模和渲染是虚拟现实与系统仿真研究热点问题。云的外形美观,在飞行模拟、虚拟场景绘制中应用广泛,但是云的运动复杂、形状多样、变幻莫测,因此如何模拟出真实感强的三维动态云是当前的瓶颈。本文重点针对云的形态模拟算法进行改良,为实时云仿真及绘制提供解决方案,选题具有重要的理论和现实意义。首先,针对二维云模拟中存在的计算复杂度高、图像生成速度慢和分辨率低等问题,提出了一种在分形几何的随机中点位移法中引入均匀分布随机数产生算法,避免了系统提供的伪随机数作为随机量,增强了云的生长、消散效果。另外,对随机中点位移法中的迭代过程进行改进,通过GPU与CPU协同工作,以提高生成的二维云的逼真程度和运算效率。其次,在生成二维云图的基础上,进行灰度表示,综合等值分割和平均分割的优点,采用改进的垂直纹理分割方法,使分割后的子纹理基本保留了云图像的自相似性。再对独立变化的子纹理进行叠加,从而获得了具有真实感的动态三维云效果。最后,为验证云模拟的改进算法进行了仿真实验,结果生成了逼真的三维云动态效果。实验表明:利用改进后的随机中点位移算法生成的二维云充分体现了其作为典型自然景观的分形特征,较好的体现了云在变化过程中的渐变性,无跳跃感;由综合的等值平均分割算法生成的三维云基本保留了二维云图像的特性,具有逼真的立体感。
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