基于Maya的流体特效表示和转化工具研发

发布时间：2020-07-11 16:48

【摘要】：近年来,人们对高度真实感渲染的需求越来越迫切。在动画、电影、VR等新兴领域,高度真实感渲染具有举足轻重的地位。Maya是当前主流的建模工具,无论是建模体系,还是材质库,都极为完备和丰富,因此得到了相关工作者的认可。另外,Maya具有API,相关工作者可以使用它创建自己的小插件。在组成场景的众多元素中,流体特效备受瞩目。依靠流体,用户可以建立起绚丽的特效,但如果建模与渲染引擎之间的数据规范无法统一,那么再绚丽的特效也只能留在建模工具中了。因此,在建模工具与渲染引擎之间建立转换关系,成为了亟待解决的需求。另一方面,流体特效的表示方法,相比于普通的几何体与表面材质,有很大的不同,如何制定规范以准确地描述流体,也成为了一大难题。本文首先描述了组织场景元素的树形结构,然后基于Maya API,设计并研发了流体特效的数据格式转化工具,并将其应用于高度真实感的渲染引擎RWing。该工具包括特效建模工具界面、特效解算功能以及特效绘制工具三个部分。特效建模工具界面提供了RWing渲染引擎需要的参与性介质界面,供用户编辑详细的属性值;特效解算工具根据场景表示规范,将场景中的数据组织成规范化的XML文件,并生成一些必要的中间文件;特效绘制工具将XML文件进行解析,把XML存储的信息装入内存,并基于光照领域的相关算法,额外计算出另外一些渲染必需的信息。最终,RWing渲染引擎根据这些信息,就可以执行渲染流程,得到渲染结果的图像了。通过本文实现的系统,使渲染引擎的功能更加强大,更具兼容性。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：J954;TP391.9
【图文】：

采样方法,路径

（２）光线步进方法使用固定的间隔，并假定间隔区间内的介质是同质的，逡逑对每个“同质”区域分别进行计算，最终获得近似值。（３）增量跟踪方法使用逡逑取舍算法来进行自由路径采样。图２－１展示了三种方法的区别１１８１。逡逑图２－１三种自由路径采样方法的区别逡逑９逡逑

用例图,建模工具,用例图,场景建模

按照Ｍａｙａ的结构形式提供给用户。也就是说，使用户能够通过与Ｍａｙａ逡逑内置节点相同的方式使用ＲＷｉｎｇ渲染引擎支持的参与性介质。逡逑特效建模工具界面的用例图如图３－２所示。逡逑ｍ逡逑／、逦＇＾＾＜ＣｉｊＴｃＪｕｄｅ＞＞逡逑Ｑ邋／逦？ｉｎｃｌｕｊｉｅ＾＾ｅｅｎｅｏ＾）逡逑＼逦建体材质节逡逑用户逦＼逦？ｉ邋ｎｃＵｊ＾？＞邋Ｃ＾＞Ｒｑｌｕｄｅ＞＞逡逑＼逦逦心＇、＾逦ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ邋）逡逑Ｈｙｐｅｒ邋ｓｈａｄｅ邋ｊ逦逦逡逑ｕｄｅ＞＞逡逑？ｉ邋ｎｃＪ邋ｕｄｅ＞＞＾＼．广邋Ｘ逡逑＼逦＆（编辑节点属性ｊ逡逑＼构建节点网逡逑图３－２特效建模工具用例图。特效建模工具包含了场景建模和材质添加两个模块，场景建模细逡逑分为流体特效和其他特效，村质添加分为创建节点以及编辑节点等。逡逑１３逡逑

容器,分辨率,流体,整型

１流体容器是以体素为单位渲染的，体素的个数为容器的分辨率。每个体素都保各种流体的属性，例如浓度、速度等，ｇｒｉｄｖｏｌｕｍｅ数据源存储着每个体素的信息逡逑？ｖｏｌ文件是ＲＷｉｎｇ渲染引擎支持的一种针对流体渲染的二进制文件，ｇｒｉｄｖｏｌｕｍｅ数据源。在ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ参与性介质中，可以使用．ｖｏｌ文容器分辨率下，每个索引处流体的浓度。ＲＷｉｎｇ渲染引擎对．ｖｏｌ文件行了字节层面上的解释。我们将其格式用表格的形式进行展示，如表５邋＿表５－２邋？邋ｖｏｌ的字节层面解释逡逑邋１－３逦｜邋字母’’Ｖ”、’’Ｏ’，、”Ｌ”的二进制编码逡逑邋４逦＾文件格式版本号逡逑邋５－８逦编码标识符（３２位整型数）邋９－１２逦Ｘ轴上的坐标数（分辨率，３２位整型数）邋１３－１６逦＾轴上的坐标数（分辨率，３２位整型数）逡逑邋１７－２０逦Ｚ轴上的坐标数（分辨率，３２位整型数）逡逑邋２１－２４逦＿通道数（３２位整型数）逡逑２５－４８逦描述容器边界的单精度浮点数（６个，顺序分别为ｘｍｉｎ，邋ｙｚｍｉｎ，邋ｘｍａｘ，邋ｙｍａｘ，邋ｚｍａｘ）逡逑

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