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基于Unity3D和粒子系统的冶金仿真特效模拟
摘要:粒子系统可模拟冶金过程中因难以直接在生产线上进行各种实验,如烟雾、喷水等特效,在仿真冶金过中可利用Unity3D引擎并借助粒子系统的原理基础实现钢坯冷却时的喷水效果和动态烟雾场景。
关键词:Unity3D;粒子系统;动态烟雾
中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)52-0260-02
由于冶金工业过程的复杂特性,以及设备,工艺,加工材料和成本等因素的影响,科研人员或操作员难以直接在实际的生产线上进行各种实验,影响了人们对复杂对象的深入了解。系统仿真技术具有安全性,经济性、交互性及前瞻性等特点,利用仿真系统不仅可以深入理解并掌握各种复杂对象的动态特性,而且可以进行故障诊断和各种先进控制技术的实验,其中为了增加系统仿真过程中最大程度的逼真性,可以在冶金过程中对钢坯冷却时喷水和烟雾的特效。Unity3D是一款支持Windows、Mas OS桌面操作系统平台和Android、iOS等移动操作系统平台的三维游戏引擎,并已成功的应用到很多不同领域的三维虚拟现实开发中了。它包含图形、音频、物理、网络、粒子等功能组件,支持大多数三维模型文件格式,提供柔和阴影与烘焙等光影渲染系统和强大的可视化编辑器。在Unity3D的三维引擎的基础上结合粒子系统,可完美的实现冶金过程中喷水和烟雾的特效。
一、粒子系统原理
粒子系统是Reeves在1983年首次提出的一种模拟不规则模糊物体建模及其图像生成的一种方法。粒子系统的基本思想是采用大量的、有一定生命周期和属性的微小粒子来描述不规则的模糊物体,这些不规则的模糊物体具有不同程度的动态性和随机性,能够很好地模拟烟雾、水流、火焰、云雾、爆炸等自然场景。粒子系统中的每个粒子都随着时间的推移不断变化,在时间和空间上具有动态分布特性,从而能够很好的模拟冶金现场的喷水特效,并随着喷水而产生的动态烟雾特效。粒子系统模拟的场景变化多端,根据粒子形态的不同,可将粒子系统分为流体粒子、烟雾粒子、破碎粒子等。这里流体粒子可用来模拟喷水特效,烟雾粒子主要用来模拟随时间发展不断繁殖生长、消亡的动态粒子特效,如冶金过程中热处理的钢坯经过冷却机喷水后产生大量的烟雾等,破碎粒子主要用来模拟喷水与钢坯发生碰撞时产生水花四溅的特效。在利用粒子系统模拟某一个自然场景或特效之前,首先要对模拟对象的运动规律进
行分析,将场景或特效对象分解成由众多相互关联的粒子构成的一个运动系统,从而构建一个关于被模拟对象的动态变化模型。
,初始化粒子的基本属性,如粒子的数量、形状、纹理图片、大小、颜色、初始的位置,碰撞检测等属性。
,定义粒子属性变化的动态特性,如粒子的速度,生命周期等属性参数。

,粒子的初始化和运动规律完成后,粒子集合将按照所设定的规律和路径来进行活动,并且通过帧来控制每个粒子的动态变化。

,每个粒子在经过一个生命周期的所有活动后就进入“死亡”阶段,这时需要粒子发射器按照粒子的生成和运动规律来绘制新的粒子。重复3-6的循环操作,就形成了物体的运