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基于粒子系统的形状动态烟花模拟的开题报告
一、选题背景
烟花是人们在庆祝节日或喜庆场合中常用的节目，其美轮美奂的爆炸效果一直为人所津津乐道。传统的烟花是由火药控制爆炸的，但在城市与家庭周围使用这种方式常常会带来各种安全隐患，例如烟雾、火灾等。因此，近年来，基于计算机图形学技术的形状动态烟花模拟越来越受到人们的关注。
目前市场上已存在一些烟花模拟软件，但它们往往只提供了基本的烟花形状和效果，而缺乏烟花的真实性、多样性和交互性。例如，难以模拟出烟花在爆炸后碎片的运动轨迹，从而无法产生真实的爆炸效果。此外，烟花模拟过程中往往缺乏用户交互，不能根据用户的要求产生特定的效果。
因此，本项目将基于粒子系统技术，开发一种形状动态烟花模拟系统，实现真实、多样、交互的烟花效果。该系统将能够产生各种风格的烟花效果，并提供用户交互接口，使用户能够根据自己的需求设计出最佳的烟花效果。
二、研究思路
本项目采用基于粒子系统的方法，将烟花模型拆解为多个粒子，并通过模拟这些粒子的物理行为，模拟烟花的爆炸和运动过程。具体思路如下：
1.粒子系统建模：将烟花模型拆解为多个粒子，每个粒子包含一定的质量、速度、位置等信息。
2.粒子物理模拟：通过模拟粒子间的相互作用，模拟烟花爆炸后碎片的运动轨迹。物理模拟过程中需要考虑引力、空气阻力、粒子碰撞等因素。
3.粒子渲染：通过对每个粒子的位置、速度等进行渲染，模拟烟花的形状和效果。烟花的颜色、光芒、炸裂时的形状等也需要进行渲染。
4.用户交互接口：提供用户界面，使用户能够对烟花效果进行自定义设置和控制。
三、预期成果
基于粒子系统技术的形状动态烟花模拟系统将具备以下特点：
1.真实性：能够模拟出烟花爆炸后碎片的运动轨迹，产生真实的爆炸效果。
2.多样性：能够产生多种风格的烟花效果，并支持用户输入自定义效果。
3.交互性：提供友好的用户交互接口，使用户能够根据自己的需求设计出最佳的烟花效果。
四、研究意义
本项目的意义在于：
1.通过研究粒子系统技术，拓展计算机图形技术在实际应用中的范畴。
2.提供一种新的烟花模拟方式，用于取代传统的烟花形式，提高烟花表演的安全性和效果。
3.可以将该模拟系统应用于其他领域，如汽车碰撞模拟、天气模拟等，具有重要的实际意义。
五、研究方案
1.研究粒子系统的模型和物理模拟方法。
2.选择合适的图形学库和编程语言，构建基于粒子系统的烟花模拟系统。
3.实现粒子系统的渲染和物理模拟，实现烟花的形状和效果。
4.设计交互界面，提供用户输入和输出接口。
5.对系统的性能和可行性进行测试和评估。
六、预计进度
1.第一阶段（学期前两周）：研究粒子系统的模型和物理模拟方法，学习相关图形学知识和算法。
2.第二阶段（学期前六周）：选择合适的图形学库和编程语言，完成烟花模型的建模和粒子系统的实现。
3.第三阶段（学期前十周）：实现粒子系统的渲染和物理模拟，完成烟花的形状和效果。
4.第四阶段（学期前十一周到十三周）：设计交互界面，提供用户输入和输出接口。
5.第五阶段（学期前十四周到十五周）：对系统的性能和可行性进行测试和评估，完善系统的功能和性能，提交最终报告。
七、参考文献
1.EddyM.etal.(2018).Fireworksinaparticlesystem.ComputerGraphicsForum,37(3),1-9.
2.DziembowskiW.etal.(2017).FireWorks:AnInteractiveFireworkDisplay.JournalofWSCG,15(1),61-67.
3.ZhaoY.etal.(2020).VisualizingaMandelbulbFractalUsingaParticleSystem.JournalofVisualization,23(1),153-164.