文/周娟

1 粒子系統(tǒng)概述

粒子系統(tǒng)在建立過程中設(shè)定了與過去傳統(tǒng)系統(tǒng)具有較大差異的方式來構(gòu)造與繪制景物，其主要是通過多個不規(guī)則隨機分布粒子組成，不同粒子都具備對應(yīng)的生命活動周期，其能長期運動，不斷改變自身變化形狀，在完整的生命周期中要經(jīng)過出生、運動、死亡過程。為了使得粒子系統(tǒng)表示的各類景物具有突出的隨機性，粒子基本屬性能受到隨機變化的過程。正常情況下，粒子系統(tǒng)在物體描述過程中主要有以下過程。

（1）對要模擬對象的靜態(tài)屬性以及靜態(tài)狀態(tài)進(jìn)行分析，建立初始化狀態(tài)的粒子屬性。

（2）對要模擬對象的動態(tài)屬性以及動態(tài)狀態(tài)進(jìn)行分析，建立粒子屬性的動態(tài)變化特性。

（3）在系統(tǒng)中添加相應(yīng)數(shù)量的粒子，要對不同粒子進(jìn)行定義，賦予其對應(yīng)的屬性。

（4）在系統(tǒng)中及時刪除超出生命周期的粒子，就是已經(jīng)喪失活動能力的死亡粒子。

（5）依照粒子具有的動態(tài)屬性對粒子進(jìn)行移動、轉(zhuǎn)換與更新。

（6）繪制出能有效展示出有生命粒子的圖形。

1.1 粒子的屬性

粒子基本屬性中主要有多項要素組成，其中主要有初始顏色、初始運動、初始位置、透明度、完整生命周期，初始形狀等。正常情況下一般粒子初始大小與初始位置大多都是受到粒子發(fā)射器影響，常有的基本形狀主要有平面、球面等。初始速度V(f0)=平均速度VM×rand()×速度方差VV。初始顏色是C（f0）=平均顏色Cm×rand()×顏色方差Cv。初始透明度t(f0)=平均透明度tm×rand()×透明度方差tv。

1.2 粒子的產(chǎn)生

粒子在產(chǎn)生過程中能通過隨機函數(shù)進(jìn)行表達(dá)與控制，要依照各個粒子屬性參數(shù)分析變化基本范圍，在此范圍中要分析其基本屬性值，實際范圍要依照最大方差以及平均設(shè)定值進(jìn)行確定。能獲取基本表達(dá)式：npp(fi)=mpp(fi)+rand()×vpp(fi)，其中在[-1，1]中rand()屬于均勻分布的隨機函數(shù)，mpp(fi）與vpp(fi）是fi幀產(chǎn)生粒子數(shù)量的平均值。

1.3 粒子的活動與消亡

粒子產(chǎn)生之后，將會賦予最新的屬性，粒子能進(jìn)行運動，一直到運動死亡。正常情況下，粒子死亡大多有兩個基本表現(xiàn)情況，主要有粒子運動生命周期終止，粒子運動以及基本屬性值超出了限定閥值。粒子運動與初始運動之間緊密聯(lián)系，與加速度之間具有較大聯(lián)系。在設(shè)定加速度中，粒子能展示出良好的變速運動成效。為了使得畫面表現(xiàn)效果更具有真實性，在模擬中能賦予粒子對應(yīng)的加速度，例如對物體受重力狀態(tài)效果進(jìn)行模擬，可以為粒子添加多個方向的加速度，促使粒子不單方面是簡單的直線運動，從視覺角度中能得出其是規(guī)范化的拋物線運動，能提升更加真實的模擬效果。

不同離子都具有自身相對應(yīng)的生命周期，具體消亡時間和粒子初始化過程中賦予的各項生命值具有較大聯(lián)系，與渲染場景緊密聯(lián)系。所以當(dāng)前粒子在消亡過程中主要是具備以下情況，隨著時間變化粒子生命值會逐步遞減，當(dāng)粒子生命值趨向于0時，此粒子生命將會被終結(jié)，粒子系統(tǒng)在檢測過程中將此類粒子刪除。在模擬場景中會設(shè)定不同范圍，粒子和初始位置距離較近，能設(shè)定對應(yīng)的閥值進(jìn)行有效監(jiān)控。當(dāng)距離S超出規(guī)定閥值之后，此類粒子要被及時刪除。

2 紋理映射分析

目前在規(guī)范化的紋理映射方式中，常用的方法主要有正、反向紋理映射方法。其中正向紋理映射方式對圖形顯示算法沒有較大依賴性，主要是對應(yīng)完整紋理空間中相關(guān)的紋理元素。要對圖像空間中各個圖像組成元素進(jìn)行精確化計算，能有效調(diào)控計算機存儲空間，但是容易導(dǎo)致紋理失去條理性，產(chǎn)生孔洞問題，圖像真實性降低，對紋理基本映射速度具有較大限制作用。其次，反向紋理映射方法主要是通過一般圖形進(jìn)行顯示，比如常用的光線跟蹤、掃描線算法等。會導(dǎo)致紋理映射過程中圖形產(chǎn)生混亂，要在計算機中將不同貼圖紋理進(jìn)行保存，其對計算機容量值具有較高要求。本文對紋理數(shù)量整合要求較少，但是對其真實效果具有諸多較高要求。應(yīng)用反向紋理映射方式，具有良好的應(yīng)用成效，也能選用應(yīng)用形式不同的映射方式，比如四叉樹正向紋理映射方法，在網(wǎng)格規(guī)范化劃分基礎(chǔ)上的的紋理映射方式。

3 火焰模擬與煙花模擬探析

在熱力學(xué)現(xiàn)象中火焰是常見現(xiàn)象，其主要是受到受熱氣體影響產(chǎn)生隨機性運動，不會產(chǎn)生規(guī)則化的幾何形狀。在過去傳統(tǒng)物理數(shù)學(xué)模型中要想對火焰燃燒變化過程進(jìn)行精確化模擬，要采取多種形式的計算，投入較多資源成本，也未能提升火焰模擬實時效果。單方面紋理技術(shù)要進(jìn)行不同取樣，將各個位置紋理進(jìn)行有效歸類，放置在最佳位置，此類計算方式消耗計算量較低，但是獲取的模擬結(jié)果真實性較差，容易產(chǎn)生圖片斷層等問題，模擬效果較為刻板。從粒子系統(tǒng)火焰模擬基本形式來看，主要是通過不同小單元控制組成對完整的模擬場景進(jìn)行精確化控制，此類模擬方式對火焰等沒有規(guī)則性的動態(tài)化物體模擬應(yīng)用價值突出，對模擬成效進(jìn)行靈活調(diào)動，此時粒子數(shù)量高低對平衡關(guān)系具有較大影響。所以當(dāng)前為了能保障離子系統(tǒng)渲染速率全面提升，簡化CPU計算壓力，可以合理應(yīng)用GPU加速技術(shù)完成各項操作。

火焰模擬實現(xiàn)過程，其中有效粒子特指粒子完整的生命運動周期尚未結(jié)合，其粒子屬性尚未超出屬性閥值。目前要想對火焰動態(tài)化表現(xiàn)效果進(jìn)行真實模擬，對粒子屬性值及時進(jìn)行更新是重要內(nèi)容。補充添加各類新粒子能提升火焰真實性與持續(xù)性。在火焰中，粒子形狀是重要影響要素，從具體實踐中能得出火焰沒有具體的顆粒狀態(tài)，要通過補充更多粒子來實現(xiàn)。從粒子理論中能得出，不同粒子都能被視為是完整的點光源，在計算過程中分析可顯示粒子的光亮值，要求研究人員開展大量計算，對火焰實時變化具有較大影響。所以當(dāng)前在火焰精確化模擬過程中，要基于分析粒子基本形狀以及紋理貼圖等對火焰效果進(jìn)行模擬。在三維空間狀態(tài)下，粒子能保持有效運動，其基本組成屬性在時間要素變化影響下發(fā)生變化。當(dāng)前能選取不同措施對粒子基本顏色變化進(jìn)行有效控制，促使粒子透明度更趨于合理化。

在物理變化過程中進(jìn)行建模，對火焰基本燃燒過程以及燃燒特性進(jìn)行分析，在建模過程中難度較大，要對細(xì)節(jié)部分進(jìn)行控制。從視覺表現(xiàn)力方面進(jìn)行建模，要對細(xì)節(jié)部分模擬進(jìn)行控制，提升視覺表現(xiàn)效果。在模型建立過程中，具有明顯的實時性特征。應(yīng)用粒子系統(tǒng)將完整的火焰分為不同的火焰粒子，為粒子設(shè)定相應(yīng)的屬性，對其發(fā)展變化過程進(jìn)行分析。其次，為了使得火焰粒子持續(xù)性更為突出，要及時補充更多新型粒子提升模擬成效，對火焰產(chǎn)生的各項外力表現(xiàn)成效進(jìn)行分析，能提升火焰表現(xiàn)效果。

煙花屬于人造景物，煙花燃放過程中在正常情況下主要有上升與爆炸兩個階段，煙花焰色基本反應(yīng)是先與火藥產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，再基于發(fā)光劑實現(xiàn)煙花不同爆炸效果。發(fā)光劑是通過各類金屬粉末組成，在各類粉末中包含較多金屬離子，此類離子在燃燒作用中會釋放出各類煙色。生產(chǎn)人員煙花制作過程中進(jìn)行自由組合，使得燃燒順序與基本形狀發(fā)生變化，最終產(chǎn)生不同形態(tài)的煙花。煙花依照結(jié)構(gòu)與燃燒之后運動基本形式差異性當(dāng)前能分為禮花彈煙花、盆花煙花、燭光煙花、字幕煙花等。

煙花在空中成功爆炸之后，還會產(chǎn)生不同視覺表現(xiàn)效果，常見的視覺效果有多層、漸變、拉手、閃爍等。比如球狀牡丹煙花，白閃牡丹與漸變牡丹之間存在較大差異性，煙花粒子消失時間并不是相同時刻，顯示效果也不是各類粒子集體規(guī)律變化過程。過去此類效果基本實現(xiàn)算法主要是對粒子生命值相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，能對粒子生命值變化速率進(jìn)行控制。此類過程化方法應(yīng)用缺點就是煙花屬性更新中復(fù)雜程度較高，其中存在較多隨機現(xiàn)狀，要重視粒子屬性隨機化問題，還要對粒子閾值進(jìn)行分析，對煙花模擬計算方法要求較高。

4 結(jié)語

總而言之，當(dāng)前在火焰模擬過程中將粒子系統(tǒng)與紋理映射進(jìn)行有效融合，能在微機平臺上進(jìn)行展示。從具體實驗中能得出，其靈活性、實時性、適用性較強，真實效果更突出。此類模擬不僅僅能對火焰進(jìn)行模擬，目前還能在各類特殊效果模擬中，在試驗過程中逐步探究，獲取更多物象真實化模擬成效。