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OSG向场景中添加osgParticle粒子效果
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添加粒子效果可以有效提高仿真程序的外观和真实性。粒子引擎一般用于模拟烟雾，火焰，尘埃以及其他一些类似的效果。如果要向OSG场景中添加粒子效果，通常可以使用下面的一些类：
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下载所得到的文件列表基于 OSG 粒子系统的飞行器发射特效的技术实现.pdf
文档介绍：
Vol .35 No .3 46
舰船电子工程Ship Electronic Engineering总第 249 期2015 年第 3 期基于 OSG 粒子系统的飞行器发射特效的技术实现磁杨永国(91550 部队指控中心
实时三维虚拟场景中,较好的特效如火焰、烟雾等能够增加场景的真实感和沉浸感。论文首先简要介绍了粒子系统的基本原理,分析了飞行器的发射环境及烟雾的形态特征,通过设置三个不同的粒子系统实例实现了基于 OSG 的飞行器发射过程特效的模拟,达到了较好的视觉效果。关键词
OSG ;粒子系统;飞行器;特效;烟雾;粒子操作器中图分类号
DOI :10 .3969/j .issn .4Realization of Special Effect Technology ofAircraft Launching Based on OSGYANG Yongguo(Control Center ,No .91550 Troops of PLA ,Dalian
116023)Abstract
The sense of reality and immersion is increased by better special effects ,including fire ,smoke ,etc in real-time simulant scenes .This article gives a brief on principle of particle system ,analyzes characteristics of surroundings of air-craft launching and the smoke ,realizes some special effects by building three different osgParticle instances based on OSG inorder to reach preferable visual effects .Key Words
OSG ,particle system ,aircraft ,special effects ,smoke ,particle operatorClass Number
引言飞行器发射时,发动机尾喷口会出现尾焰,同时产生大量的烟雾,随着飞行器的运动,这些烟雾在空气中扩散形成明显的飞行器航迹。在模拟飞行器的发射过程时,进行航迹再现使指挥员对飞行器的运动过程有直观的认识,也有助于提高仿真软件的真实感和沉浸感[1]。因为飞行器发射环境的不同,使用粒子系统生成的火焰、烟雾等特效的形态、颜色、所受作用力等因素会有很大的差别。文献[2]将火箭发射烟雾形体简化为两部分,一是火箭喷出的尾焰部分,二是气流冲击地面形成的烟尘部分,简化了模拟过程,提高效率,对本文有很大的借鉴作用。OpenSceneGraph(OSG)使用 OpenGL 技术开发,是一套基于 C + + 平台的应用程序接口,它让程序员能够更加快速、便捷地创建高性能、跨平台的交互式图形程序。它所具有的强大功能使其在虚拟现实、军事仿真、三维动画等方面得到了越来越广泛的应用[3]。本文利用 OSG 的强大渲染功能和粒子系统方法,实现了对飞行器发射特效的实时渲染。2
粒子系统原理随着计算机技术的发展,研究人员发现多边形建模方法在模拟自然景观时存在很大的局限性。因此 1983 年 Reevs W .T .提出了使用粒子系统的方法用于模糊景物的模拟,如烟、云、火光等自然景物[4 ~ 5 ]。粒子系统是一种基于物理的建模方法,这是一种让图形对象遵守物理规律的建模方法。有两种相关的方法建立这种模型。一种方法是模拟底层处理过程的物理规律,并利磁收稿日期:2014 年 9 月 15 日,修回日期:2014 年 11 月 10 日作者简介:杨永国,男,高级工程师,研究方向:地理信息系统,虚拟现实。2015 年第 3 期舰船电子工程 47
用这种物理规律来控制图形对象的行为[6 ]。虽然这种方法可以使用物理学、热力学等方面的专业知识进行精确求解,但复杂度太高不能应用到实时渲染中。另一种方法是把基本的物理原理和数学约束条件结合起来控制对象的行为。OSG 的粒子系统就是采用的后一种方法来对粒子进行建模。粒子系统不同于其他的静态模型,它由很多的粒子组成,每个粒子都有一个由出生到灭亡的过程,因此才能够模拟烟雾、水流等具有不规则形态和变化的图形对象。粒子的属性主要包括位置、速度、加速度、衰减、质量、颜色、纹理、大小和生命周期等[7 ~ 8]。尾迹和烟雾特效的每个粒子由发射器产生时,都会有一个初始位置即发射器的位置,随着时间的变化,粒子的位置可以通过加速度求得。每个粒子可以随机产生初始速度,由于受空气阻力或重力等的影响粒子速度不断变化。在自然环境仿真系统中,粒子离开发射器后它的加速度为重力加速度。粒子的质量大小需要根据空气的物理特性进行设置。粒子的颜色、大小和纹理属于粒子的外观,通过设置纹理可以增强尾迹和烟雾的真实感。3
飞行器发射特效的形态分析飞行器发射后形成的航迹和烟雾具有不规则的几何外形和内在的不确定性,因此应根据飞行器发射环境的实际情况对烟雾的形态和受力情况进行具体分析,从中找到尾迹和烟雾的运动规律,建立烟雾的粒子模型,为粒子系统建模提供数据支持。3 .1
发射平台影响飞行器的发射方式决定了仿真系统中飞行器尾迹特别是烟雾特效的表现形式。目前飞行器发射形式主要包括以下几种:1) 利用地下井进行发射的地下发射;2) 利用各种舰载发射系统实施发射的水面发射;3) 利用潜艇发射系统实施飞行器发射的水下发射;4) 各种机载发射系统在空中实施飞行器发射。飞行器发射姿态包括水平发射、倾斜发射和垂直发射。不同的发射平台和发射姿态产生的烟雾千差万别,我们取其共性发现烟雾的形态主要有三种:1) 地面、地下或海面垂直发射;2)车载、发射架或水下的倾斜发射;3) 空中机载发射。本文主要实现第一种状态水下发射条件下产生的烟雾特效,其他两种效果可在第一种的前提下进行实现,这里不再详细介绍。3 .2
烟雾的特性分析模拟烟雾的行为,其基础是研究与烟雾行为相关的因素[2]。烟雾有三种基本属性:烟雾的运动速度、温度和风的作用[5]。烟雾的运动速度由粒子发射器设置,为了模拟烟雾的湍流效果,将粒子的发射速度限制在一定的范围内。为了体现温度对烟雾的影响,可以设置粒子系统的阻尼系数,阻尼是指阻碍物体的相对运动、并把运动能量转化为热能或其他可以耗散能量的一种作用。影响烟雾的第三个因素是风的作用,OSG 粒子系统中对风设置比较简单,但需要考虑风力的大小和方向,想要实现较好的效果就需要通过不断实践获得。通过以上分析本文将飞行器发射过程需要模拟的特效***为三个部分:1) 飞行器发动机喷射的火焰,由于产生火焰的动力较高,环境对它的影响可以忽略不1
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