计算机图形学大作业-WenhaoYu

计算机图形学 大作业

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虞文豪

题目：通过光照及纹理映射，实现高度真实感青花瓷材质的

茶壶向茶杯倒水动画特效。

一． 概述

之前的作业用使用SPH 方法做了一个水流的模拟程序，这次作业在上次

作业的基础上增加了渲染的部分，对SPH 的一些参数以及碰撞检测进行了一

些小的调整。

这次大作业中主完成了的功能有：

1. 建立背景平面

2. 实现茶壶拿起的动画

3. 水蒸汽效果

4. 青花瓷材质

5. 茶壶与茶杯的环境映射及环境映射与纹理叠加

6. 水流的半透明与折射效果

二． 实现

1. 建立背景平面

在第一次作业中我使用3DMAX 做了一个简易的小房间，这次作业中为小房间内的东西

添加了纹理贴图使得房间看起来更加美观与真实。

背景房间：

2. 实现茶壶拿起的动画

茶壶动画的实现通过两个数组来完成，一个数组表明一系列的茶壶位置变化向量，另一

个数组表明一系列的茶壶旋转弧度，这里的旋转是沿着z 轴进行的，因为茶壶在被拿起过程

中可以认为另两个方向是不转的。

倒水中的茶壶：

3. 水蒸汽效果

这次作业中实现了一个粒子系统来模拟水蒸汽的效果。粒子系统中的每个粒子具有生命、

速度、位置、旋转、大小等属性。

粒子的生命每帧减少。粒子的速度在X 与Z 方向递减，在Y 方向有少量递增，这样保证

了粒子总体是往上移动的，粒子的初始速度随机。每次更新时，粒子会获得一个随机的少量

旋转来增加一些动态。每个粒子初始大小随机，随着时间流逝粒子会先达到最大的大小，然

后开始缩小，在粒子死亡时大小接近于0 。

粒子的渲染使用了一个小立方体，然后通过OPENGL 的blend 以及depthmask 来创造粒

子密的地方颜色浓，粒子稀的地方颜色淡的效果。

蒸汽效果：

4. 青花瓷材质

青花瓷材质的制作是从网上找了一张青花瓷的贴图，然后把茶壶与茶杯的模型放到

3DMAX 中，再用uvw 展开调整贴图的位置使得模型更像一个青花瓷制品。

青花瓷材质：

5. 茶壶与茶杯的环境映射及环境映射与纹理叠加

茶壶与茶杯的环境映射通过使用OPENGL 的CUBE MAP 实现，由于我的场景不是现有的

六面场景而是一个房间模型，因此我通过手动设置以及截图，把场景的六个方向分别进行了

截图构成了CUBE MAP 的六个面。

在绘制茶壶与茶杯前在OPENGL 的纹理矩阵中对CUBE MAP 纹理进行了旋转以配合当前

的视角。

环境映射与纹理的叠加使用了ALPHA 和BLEND 来实现。在读取CUBE MAP 的六张图片

时，通过手动修改图片数据，将图片从原本的24 位 RGB 格式改为32 位 RGBA 格式，并把

Alphs 位赋为90 。然后在同样的位置，画一个比之前稍大一点的茶壶(茶杯) 。这里的做法是

把所有节点都向法向量移动一点点。设置适当的blend 函数。这样就能把环境映射和茶壶(杯)

的纹理很好地结合起来。

环境映射：

结合后效果：

6. 水流的半透明与折射效果

水流的渲染是通过render to texture 以及cg，即c for graphics 这样一个gpu 编程语言来

做的。它本来自带了一个 refract 函数用以计算折射，但是它更适合六面背景中的一滩水，

而不是装在不透明容器中的水，而且由于我的cube map 颜色比较杂，试了这个方法以后发

现效果很不好，因此这里参考

/presentations/2010/gdc/Direct3D_Effects.pdf 进行了实

现，但是由于实现过程中遇到不少问题，因此只是参考了其中的几个步骤，而不是完全实现

了文章，因此效果也有差异。

水流渲染中用到了5 个纹理缓存，分别用来储存：背景、水流mask、水流的法向图以

及水流的厚度图，还用到了3 组cg 写的shader 进行处理。