基于水幕电影模拟方法研究

基于水幕电影模拟方法研究 摘 要 水幕电影模拟研究主要介绍了水幕电影模拟的主要方法与应用等，对水幕电影模拟的方法进行了细致的分类，讨论了各种模拟方法的优缺点，提出了今后需要进一步努力和完善的一些。 【关键词】水幕电影模拟 粒子系统 纹理方法 数学物理方法 近年来的水幕电影模拟呈现出各种新方法、新思想。基于“细丝”的水幕电影模拟，采用质量守恒和动量守恒来求解和简化NS流体方程，采用自适应的动态网格划分的方法求解和简化NS流体方程，等等，模拟效果都比较理想。 1 水幕电影模拟方法中存在的问题及发展方向 仔细分析和对比会发现，各种方法中也普遍存在很多不尽如人意的地方。目前在影视、特效、广告制作方面，商业水幕电影制作软件或插件，基本上还是停留在粒子系统的解决机制上，并没有把当前数理方法所取得的成就加以合理消化和运用;虽然模拟的效果能够满足人们的正常需求，但是理论研究与实际应用的脱节。计算机计算发展下一个时代将很快进入量子计算时代和大数据时代，人们完全可以和采用更加细致的方法去处理相关问题;未来的计算条件和技术也允许人们这样处理。目前，人们在算法处理和设计方面还完全没有开始展开和进行相关的研究探讨，这将给未来的模拟和应用带来严重的滞后效应。 2 水幕电影模拟方法的发展动向 2.1 水幕电影的整体形态和外力因素 好的水幕电影模拟方法，首先体现在好的表现形态上。水幕电影的形态也是千差万别，其发生机制也不尽相同。近年来的一些影视效果如水墨效果，影视特效，广告效果、动漫卡通场景等，也在广泛地使用水幕电影来进行模拟，应对这些新的要求和需求，也将是极为棘手的问题。 外力作用对于水幕电影也是非常正常的;但目前很多方法在这方面的成果却都不尽人意。毕竟，外力和障碍都属于CG中的动力系统，牵涉到的技术比较复杂。 2.2 算法的模拟速度 算法的运行速度一般取决于机器硬件和算法本身的复杂度。现今，图形技术所涉及的算法越来越复杂，对硬件条件的要求也越来越高。算法设计方面，诸如粒子系统，在粒子数量急剧上升的时候，就会带来“大数据”的生产、处理和绘制等众多问题。数理方法更是如此，求解流体方程的代价也是极高的;即使是一些简化和类似算法，也都需要进行大量复杂的数学手段。 水幕电影光照的问题也不是孤立存在的，很多类似的自然现象中，都要面对这样的困难。研究者可以借鉴这诸多方面的经验来加以研究，这也是一种很好解决途径。现有的方法也许还远远不能满足人们的需求，需要多学科之间的紧密配合;比如数学、物理学、化学、力学、光学、燃烧学、气象学、影视技术、广告技术、艺术学等等;涉及的学科越来越多。 3 小结 水幕电影的再现和模拟一直是计算机图形技术重点考虑的问题，也是一个长时间等候没有很好地加以解决的难点问题。而现实生活和社会的各个方面，如影视特效、虚拟技术、广告行业、军事领域等行业对此却提出了越来越高的要求和越来越丰富的效果的需求。目前有许多水幕电影模拟的各种解决办法和思路模型，但还是远远不够，还远远没有达到人们的期望，也没有实现人们的急切需求。今后还需进行更加深入、广泛的思考和研究，需要加倍的 努力和尝试。 参考文献 [1]Adrien Treuille，Antoine McNamara，Zoran Popovi'c，Jos Stam.Keyframe control of smoke simulations.ACM Transactions on Graphics(Proceedings of ACM SIGGRAPH 2003) [C].2003，22(3):716-723. [2]Yoojin Jang，Insung Ihm.Chemical kinetics-assisted，path-based smoke simulation[J].Journal of Visualization and Computer Animation，2009，20(2-3): 247-256. [3]X Wei，W li，K Mueller，etc.The lattice-boltzmann method for simulating gaseous phenomena[J]IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics，2004，10(2): 164-176. [4]DongGyu Park，Mirina Jo，SangHyuk Woo，DoHoon Lee.A fire and smoke simulation for mobile game[J].International Journal of Software Engineering and Its Applications，2008，2(4):1-8. [5]Alexis Angelidis，Fabrice Neyret.Simulation of smoke based on vortex filament primitives.In:Proceedings of 2005 ACM SIGGRAPH/Eurographics Symposium on Computer Animation (SCA'05)[C].Los Angeles CA，USA，2005:87-96. [6]Steffen Weiβmann，Ulrich Pinkall.Filament-based smoke with vortex shedding and variational reconnection[J].ACM Transactions on Graphics(Proceedings of ACM SIGGRAPH 2010)，2010. 作者单位 河南职业技术学院 河南省郑州市 450046