过程纹理造型和动画技术.ppt

5 过程纹理造型和动画技术,54 Fourief合成技术55 基于语法的造型技术5.6 粒子系统方法5.7 小结,54 Fourief合成,云彩纹理水波纹理,Fourief合成技术,Fourier合成技术是一种非常有效的过程纹理生成技术：该技术已成功地用来模拟水波、云彩、山脉和森林等自然景象。它通过将一系列不同频率、相位的正弦(或余弦)被叠加起来产生所需的纹理模式。一般来说，既可以在空间域中也可以在频率域中合成所需的纹理。,5.4.1 云彩纹理,1985年，Gardner提出了一个有效的云彩纹理函数。鉴于天空中的云彩有时呈薄层状，有时呈厚团状，Gardner首先用云层平面和一系列椭球面分别表示层状云彩和团状云彩所具有的空间形状，然后用下面的纹理函数来描述这些云彩的光亮度和透明度变化。该纹理函数被定义为三维纹理函数的合成：,与湍流函数一样，函数T(x,y,z)必须与预先设置的云层平面和椭球面结合起来，才能生成所需的云彩纹理。为此，G3rdner采用下面的光照模型来计算各可见点处的光亮度：,其中Id和Is，是通常的云层平面和椭球面上可见点处的湿射和镜面分量，它可用Phong模型或其他局部光照明模型计算得到；s,t和 a 分别为云层的镜面、纹理和泛光系数。,为获得真实的云彩效果，云彩的边缘必须趋于透明,为此，在平面云层的每一可见点处定义如下的透明度函数v：,5.4.1 云彩纹理,5.4.2 水波纹理,平行水波平行水波纹函数定义为：同心扩散水波,5.4.2 水波纹理,5.4.2 水波纹理,5.4.2 水波纹理,优点：非常容易实现水的波动，但只能模拟小振幅的水波。缺点：当水波函数的振幅较大时其纹理真实感将逐渐变差。,5.5基于语法的造型技术,基于语法的过程造型技术的概念 主要用于树和植物的造型，其基本思想来源于 Lindenmay的称之为L系统的平行图语法规则。在L系统中，一棵植物和树的结构可表示为由一些语法规则所定义的语言中的一个语句，其语法则由一个可图其语法则由一个可图示的重写规则集确定，最后基于这些规则将语句转化为图象。,考虑一棵简单的由直线组成的n叉树(见图522)，其基本重写规则为 其意为“一棵树是一个在其末端生长着另一棵树的分支”。因此，这种生长规则包合确定图元和图元之间关系的空间操作。,5.6 粒子系统方法,粒子系统方法的基本思想是将许多简单形状的微小粒子作为基本元索聚集起来，形成一个不规则的模糊物体，从而构成 一个封闭的系统粒子系统。粒子系统并不是 一个简单的静态系统，随着时间的推移，系统中已有粒子不仅不断改变形状，不断运动，而且不断有新的粒子加入，并有旧的粒子消失。为模拟生长和死亡过程，每个粒子均被赋子 一定的生命周期它将经历出生、成长、衰老和死亡的过程。同时、为使被子系统所表示的景物具有随机性，与粒子有关的每一参数均将受到一个随机过程的控制。,5.6 粒子系统方法,生成粒子系统某瞬间画面的基本步骤是：(1)生成新的粒子并待其加入系统中；(2)赋予每一新粒子以一定的属性；(3)删除那些已经超过其生命周期的粒子；(4)根据粒子的动态属性对粒子进行移动和变换；(5)绘制并显示由有生命的粒子组成的图形；,5.6 粒子系统方法,Reeves采用一些非常简化的随机过程来控制粒子在它所在系统中的形状、特征及运动。可根据单位屏幕面积上所具有的平均粒子数MeanParticles和方差VarParticles确定进入系统的粒子数Nparticles。此时，式(5.18)可修改为还可将上述进入系统的平均粒子数看作是时间的函数，从而使粒子系统在光强上有所变化。简单地，可采用下式来模拟：,5.6 粒子系统方法,尽管粒子的基本形状为球、长方体等简单物体，但由于每个粒子系统中合有大量的粒子，因而，采用传统画面绘制算法将导致复杂的消隐计算。为提高绘制效率，Reeves提出了一个针对粒子系统的绘制算法，该算法主要基于两个假设：（272）,5.7 小结,本章介绍了基于过程模型的自然景物造型及其运动模拟技术。通过对这些技术的介绍和例子的说明，可使读者领路到过程纹理造型技术的基本原理及其实现方法。为了帮助读者重新生成文中所附的模拟图象，一些图象的绘制程序已被详细给出。本章还突出介绍了一些高级造型技术的过程式本质。这些内容为读者开展这方面的研究和应用开发提供了较为详实的材料。,