基于真实感雾效混合的快速渲染算法

作     者：唐勇 刘浩阳 郭慧玲 赵静 张晓碧 吴德阳 Tang Yong;Liu Haoyang;Guo Huiling;Zhao Jing;Zhang Xiaobi;Wu Deyang

作者机构：燕山大学信息科学与工程学院秦皇岛066004 河北省计算机虚拟技术与系统集成重点实验室秦皇岛066004 河北环境工程学院信息工程系秦皇岛066102 

出 版 物：《计算机辅助设计与图形学学报》 (Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics)

年 卷 期：2020年第32卷第4期

页      面：671-679页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：河北省自然科学基金(F2018203060) 

主　　题：雾模拟 经验模型 物理模型 Simplex噪声 脉动风 

摘      要：针对目前基于经验模型的雾效真实感不足和基于物理模型的雾效延时的问题,提出一种雾效混合算法改善雾效绘制的真实感和实时性.首先采用经验模型模拟基础雾,引入能见度因子和温度系数优化雾效衰减公式,使得平流雾、辐射雾、层次雾、体积雾的雾效公式得到统一,从而丰富雾效的多样性;其次引入Simplex噪声和风速完善边界噪声模型,克服传统雾效的规律性,优化雾的动态效果;再利用物理模型补偿细节,采用拉格朗日方法模拟细节雾,通过引入谐波叠加法建立风场模型,改善雾粒子运动轨迹,提升雾效的真实感;改进时间轴算法解决雾效颜色不随时间变化的问题,获得随时间渐变的动态雾;最后根据Henyey-Greenstein相位函数近似求解Mie散射,利用纹理和billBoard技术快速渲染雾粒子,并将基础雾和细节雾混合生成逼真的混合雾效.在GPU仿真环境下搭建不同雾场景,根据混合雾与传统算法在主观视觉与客观帧率方面对比作为评判指标,实验结果表明,该算法在保证至少40帧的基础上,绘制出细节突出的多种类雾效.