论文摘要：基于粒子系统的云生成引擎的设计与实现

三维云的渲染在游戏及三维景观漫游系统中占有重要的地位，在目前的三维图形引擎中对云及天空的绘制基本采用的是简单贴图的方式，虽然保证了绘制速度但绘制效果和质量不高。在绘制三维场景时怎样才能渲染出真正具有空间立体效果的云是计算机可视化领域的研究方向之一。本文主要讨论采用何种技术手段对所绘制场景中的云进行建模，并在此基础之上设计和实现一个可以用来绘制三维云的3D图形引擎。构建该引擎的主要目的是渲染三维场景及场景中的云，为三维景观漫游系统的研发提供基础。引擎的设计采用了分层次的体系结构，将图形设备接口、用户接口和云绘制模块划分成三个分工明确的层次，提高了引擎的封装性和可维护性。在开发三维景观漫游系统时，为了使引擎更方便的被应用程序开发人员使用，在引擎中定义了一种基于“插件”的开发模式，应用程序开发人员可以遵循这种开发模式对引擎的功能进行扩充。在云的生成方面，引擎采用了基于粒子系统的技术，利用粒子系统可以模拟不规则形状物体这一特点，将场景中的三维云定义成若干云粒子的集合，这些云粒子由引擎中的云绘制模块进行控制和渲染。在实际渲染时每个云粒子都需要进行着色操作，引擎在运行时刻会自动生成纹理贴图然后将其应用到每个云粒子之上。另外引擎还采用了纹理混合技术及测试技术，保证了渲染出的三维云具有很好的视觉效果。实践证明，使用基于粒子系统的云生成引擎可以逼真的模拟天空中云的形态并能高效的将其绘制到三维场景当中，而且通过使用该引擎还可以降低三维景观漫游系统的开发难度、缩短开发的时间。