粒子系统背景下的纹理映射火焰模拟技术

文/周娟

1 粒子系统概述

粒子系统在建立过程中设定了与过去传统系统具有较大差异的方式来构造与绘制景物，其主要是通过多个不规则随机分布粒子组成，不同粒子都具备对应的生命活动周期，其能长期运动，不断改变自身变化形状，在完整的生命周期中要经过出生、运动、死亡过程。为了使得粒子系统表示的各类景物具有突出的随机性，粒子基本属性能受到随机变化的过程。正常情况下，粒子系统在物体描述过程中主要有以下过程。

（1）对要模拟对象的静态属性以及静态状态进行分析，建立初始化状态的粒子属性。

（2）对要模拟对象的动态属性以及动态状态进行分析，建立粒子属性的动态变化特性。

（3）在系统中添加相应数量的粒子，要对不同粒子进行定义，赋予其对应的属性。

（4）在系统中及时删除超出生命周期的粒子，就是已经丧失活动能力的死亡粒子。

（5）依照粒子具有的动态属性对粒子进行移动、转换与更新。

（6）绘制出能有效展示出有生命粒子的图形。

1.1 粒子的属性

粒子基本属性中主要有多项要素组成，其中主要有初始颜色、初始运动、初始位置、透明度、完整生命周期，初始形状等。正常情况下一般粒子初始大小与初始位置大多都是受到粒子发射器影响，常有的基本形状主要有平面、球面等。初始速度V(f0)=平均速度VM×rand()×速度方差VV。初始颜色是C（f0）=平均颜色Cm×rand()×颜色方差Cv。初始透明度t(f0)=平均透明度tm×rand()×透明度方差tv。

1.2 粒子的产生

粒子在产生过程中能通过随机函数进行表达与控制，要依照各个粒子属性参数分析变化基本范围，在此范围中要分析其基本属性值，实际范围要依照最大方差以及平均设定值进行确定。能获取基本表达式：npp(fi)=mpp(fi)+rand()×vpp(fi)，其中在[-1，1]中rand()属于均匀分布的随机函数，mpp(fi）与vpp(fi）是fi帧产生粒子数量的平均值。

1.3 粒子的活动与消亡

粒子产生之后，将会赋予最新的属性，粒子能进行运动，一直到运动死亡。正常情况下，粒子死亡大多有两个基本表现情况，主要有粒子运动生命周期终止，粒子运动以及基本属性值超出了限定阀值。粒子运动与初始运动之间紧密联系，与加速度之间具有较大联系。在设定加速度中，粒子能展示出良好的变速运动成效。为了使得画面表现效果更具有真实性，在模拟中能赋予粒子对应的加速度，例如对物体受重力状态效果进行模拟，可以为粒子添加多个方向的加速度，促使粒子不单方面是简单的直线运动，从视觉角度中能得出其是规范化的抛物线运动，能提升更加真实的模拟效果。

不同离子都具有自身相对应的生命周期，具体消亡时间和粒子初始化过程中赋予的各项生命值具有较大联系，与渲染场景紧密联系。所以当前粒子在消亡过程中主要是具备以下情况，随着时间变化粒子生命值会逐步递减，当粒子生命值趋向于0时，此粒子生命将会被终结，粒子系统在检测过程中将此类粒子删除。在模拟场景中会设定不同范围，粒子和初始位置距离较近，能设定对应的阀值进行有效监控。当距离S超出规定阀值之后，此类粒子要被及时删除。

2 纹理映射分析

目前在规范化的纹理映射方式中，常用的方法主要有正、反向纹理映射方法。其中正向纹理映射方式对图形显示算法没有较大依赖性，主要是对应完整纹理空间中相关的纹理元素。要对图像空间中各个图像组成元素进行精确化计算，能有效调控计算机存储空间，但是容易导致纹理失去条理性，产生孔洞问题，图像真实性降低，对纹理基本映射速度具有较大限制作用。其次，反向纹理映射方法主要是通过一般图形进行显示，比如常用的光线跟踪、扫描线算法等。会导致纹理映射过程中图形产生混乱，要在计算机中将不同贴图纹理进行保存，其对计算机容量值具有较高要求。本文对纹理数量整合要求较少，但是对其真实效果具有诸多较高要求。应用反向纹理映射方式，具有良好的应用成效，也能选用应用形式不同的映射方式，比如四叉树正向纹理映射方法，在网格规范化划分基础上的的纹理映射方式。

3 火焰模拟与烟花模拟探析

在热力学现象中火焰是常见现象，其主要是受到受热气体影响产生随机性运动，不会产生规则化的几何形状。在过去传统物理数学模型中要想对火焰燃烧变化过程进行精确化模拟，要采取多种形式的计算，投入较多资源成本，也未能提升火焰模拟实时效果。单方面纹理技术要进行不同取样，将各个位置纹理进行有效归类，放置在最佳位置，此类计算方式消耗计算量较低，但是获取的模拟结果真实性较差，容易产生图片断层等问题，模拟效果较为刻板。从粒子系统火焰模拟基本形式来看，主要是通过不同小单元控制组成对完整的模拟场景进行精确化控制，此类模拟方式对火焰等没有规则性的动态化物体模拟应用价值突出，对模拟成效进行灵活调动，此时粒子数量高低对平衡关系具有较大影响。所以当前为了能保障离子系统渲染速率全面提升，简化CPU计算压力，可以合理应用GPU加速技术完成各项操作。

火焰模拟实现过程，其中有效粒子特指粒子完整的生命运动周期尚未结合，其粒子属性尚未超出属性阀值。目前要想对火焰动态化表现效果进行真实模拟，对粒子属性值及时进行更新是重要内容。补充添加各类新粒子能提升火焰真实性与持续性。在火焰中，粒子形状是重要影响要素，从具体实践中能得出火焰没有具体的颗粒状态，要通过补充更多粒子来实现。从粒子理论中能得出，不同粒子都能被视为是完整的点光源，在计算过程中分析可显示粒子的光亮值，要求研究人员开展大量计算，对火焰实时变化具有较大影响。所以当前在火焰精确化模拟过程中，要基于分析粒子基本形状以及纹理贴图等对火焰效果进行模拟。在三维空间状态下，粒子能保持有效运动，其基本组成属性在时间要素变化影响下发生变化。当前能选取不同措施对粒子基本颜色变化进行有效控制，促使粒子透明度更趋于合理化。

在物理变化过程中进行建模，对火焰基本燃烧过程以及燃烧特性进行分析，在建模过程中难度较大，要对细节部分进行控制。从视觉表现力方面进行建模，要对细节部分模拟进行控制，提升视觉表现效果。在模型建立过程中，具有明显的实时性特征。应用粒子系统将完整的火焰分为不同的火焰粒子，为粒子设定相应的属性，对其发展变化过程进行分析。其次，为了使得火焰粒子持续性更为突出，要及时补充更多新型粒子提升模拟成效，对火焰产生的各项外力表现成效进行分析，能提升火焰表现效果。

烟花属于人造景物，烟花燃放过程中在正常情况下主要有上升与爆炸两个阶段，烟花焰色基本反应是先与火药产生化学反应，再基于发光剂实现烟花不同爆炸效果。发光剂是通过各类金属粉末组成，在各类粉末中包含较多金属离子，此类离子在燃烧作用中会释放出各类烟色。生产人员烟花制作过程中进行自由组合，使得燃烧顺序与基本形状发生变化，最终产生不同形态的烟花。烟花依照结构与燃烧之后运动基本形式差异性当前能分为礼花弹烟花、盆花烟花、烛光烟花、字幕烟花等。

烟花在空中成功爆炸之后，还会产生不同视觉表现效果，常见的视觉效果有多层、渐变、拉手、闪烁等。比如球状牡丹烟花，白闪牡丹与渐变牡丹之间存在较大差异性，烟花粒子消失时间并不是相同时刻，显示效果也不是各类粒子集体规律变化过程。过去此类效果基本实现算法主要是对粒子生命值相关数据进行控制，能对粒子生命值变化速率进行控制。此类过程化方法应用缺点就是烟花属性更新中复杂程度较高，其中存在较多随机现状，要重视粒子属性随机化问题，还要对粒子阈值进行分析，对烟花模拟计算方法要求较高。

4 结语

总而言之，当前在火焰模拟过程中将粒子系统与纹理映射进行有效融合，能在微机平台上进行展示。从具体实验中能得出，其灵活性、实时性、适用性较强，真实效果更突出。此类模拟不仅仅能对火焰进行模拟，目前还能在各类特殊效果模拟中，在试验过程中逐步探究，获取更多物象真实化模拟成效。