基于Alpha通道的伪粒子系统的应用

　　1、大气现象模拟的必要性及难度
　　在虚拟环境的绘制中，如果能够成功的实时模拟各类自然现象，场景将会变得十分逼真和生动。然而，这并不是一件十分简单的工作。自然现象本身的变化规律比较复杂，即使我们已经充分掌握其运动规律，模拟它们所需的计算量和数据量也是非常可观的。于是人们想出种种迂回的方式来达到这一点。最简单的方法莫过于用二维的纹理图片直接模拟。许多室内游戏，如《Quake》，就是采用一张天空的图片来模拟运动的云层和霞光。然而，这种方法的局限性不言而喻。还有一种日渐盛行和完善的方法，就是粒子系统。
　　2、粒子系统在模拟自然现象方面的优势和缺点
　　粒子系统是迄今为止模拟自然现象最成功的方法，因为它以最接近目标本身的方式来机型模拟，所以静态和动态都可以得到令人满意的结果，而且对模拟得对象也没有局限。将粒子系统应用于各个领域的研究还在热火朝天的进行（可参看有关资料）。然而，这种方法有一个致命的缺点 — 运算量和存储量非常大，虽然人们已经想出各种办法对其进行简化，而它从微观的角度进行自然景观模拟的思路使得最终结果并没有根本性的改变。
　　粒子系统中还有一个重要思想 — 粒子具有相当丰富的动态属性。本文提出的伪粒子系统正是基于这一特性发展而来的。
　　3、伪粒子系统的原理
　　伪粒子系统的原理并不复杂，其主要思想是：给图元指定动态的、具有AlphaChannel的纹理图片。这些图片是某个动态自然现象过程的整体反映。对于每一帧（或每几帧），按照时间顺序更换纹理。这样一来，我们只需要一个单一的图元（四边形或三角形或其他），就可以实现某些粒子系统用成百上千的图元才能表达出来的景象。
　　实现伪粒子系统的关键有两点：
　　1）视角跟随的BillBoard图元绘制方法。由于一个图元的表现力毕竟是比较单薄，所以要依靠BillBoard技术使其具有动态的视角特性。BillBoard本身并不是十分困难，可以参看有关资料。
　　2）具有动态连续特性的alpha channel纹理图片组。这项工作需要一些图像制作的经验才能完成。连续的纹理，如爆炸的过程，烟雾升起等，可以从VCD中截取，也可以自己拍摄一组照片。不过，这样得到的图片还要经过处理才能使用。
　　用OpenGL实现这种伪粒子系统的基本过程如下图所示：
　　

　
　　图1 伪粒子系统的绘制过程
　　4、Alpha Channel图片的制作过程
　　Alpha Channel 主要用于使图片在不同的位置具有不同的alpha值，从而在渲染时可以具有渐变的边缘、透明、半透明等效果。一般都以*.tga的格式存储。下面以PhotoSho6.0为例，简要介绍一下具有Alpha Channel的纹理图片是如何制作出来的。
　　首先获取一张原始的数字纹理图片，在PhotoSho6.0中打开。
　　　
　　图2
　　如果这张图片是RGB模式的，就可以直接打开它的通道模式；否则，需要首先转换成RGB模式。
　　　
　　图3
　　选择一个与所需要透明的模式最接近的一个通道，并复制它。给它取名为Alpha。
　　　
　　图4
　　选中alpha通道，按Ctrl+L键，弹出Level对话框，如下图所示，中间的一个灰色的指针表示图像的灰度。将它调节到降低对比度的一端，这样，火焰上的细节就不能影响图像alpha channel的透明度了。
　　　
　　图5
　　得到alpha channel的图形如下图所示。
　　　
　　图6
　　在渲染中，我们将把白色的部分当作不透明的，而黑色的部分为完全透明 在最终得到的.tga图像中，alpha channel是不可见的，我们必须用程序将这一图片分通道载入，并用适当的参数生成纹理，使OpenGL能够正确处理alpha。在绘制的时候，需要启动混合，并使用如下的混合参数：
　　glBlendFunc (GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
　　5、一个实例
　　下面的若干幅图片显示了一个爆炸的场面。右边是原图，左边是alpha channel的实例。
　　
　　图7
　　将这样的一系列纹理应用到本文提出的伪粒子系统中，就可以制作出非常逼真的实时爆炸过程效果。
　　作 者：由渊霞