可程式化圖形處理器支援之雲與煙即時模擬與顯像技術之研究

Abstract

本計劃將發展一個以可程式化圖形處理器支援的3D 雲層與煙霧即時顯像系統。 3D 雲層即時顯像系統可以大略分成四個部份: octree 空間分割與照度前處理、 水汽模擬、雲層模型與雲層顯像。照度前處理將建立固定光源下各種視點的雲層 照度資料庫，提供給雲層顯像利用，水汽模擬採用計算速度較快的細胞自動機 (Cellular Automaton)，雲層模型利用容積資料與密度來表達，雲層顯像將依觀視 點位置由雲層照度資料庫取得每一octree 子空間對應之影像後經過疊合成貼 圖，並構建一類似階層式快取影像的billboard 後利用octree 子空間容積投影 之順序作投影與並作alpha blending 運算。煙霧即時顯像系統則利用粒子系統 與容積並列之模型，模擬將考量粒子運動力學與熱力學之影響，並作與場景物體 之碰撞處理。煙霧顯像則利用和雲層顯像類似之作法，但是每個粒子會有一個 billboard。本計畫之另一重點將是把雲與煙霧之模擬與顯像轉換成可程式化圖 形處理器可以支援的運算模式，並以貼圖記憶體儲存所需之資料，以vertex shader 與 pixel shader 作模擬與顯像之運算。本計畫以達到品質可接受之即 時影像為目標。