在数字动画、影视特效制作等应用中,粒子和流体是动画特效中常用的两种方法,也一直是计算机数字媒体艺术应用领域的热点,最终目的都是为了追求真实感的图形与动画。目前在Maya三维动画制作软件生产实际的特效场景时,粒子动画相对于基于物理的流体动画模拟较为容易和控制,所以应用较为普遍。而从真实感角度而言如果能与流体的体积材质表现相结合则是在特效的真实感和操控性上达到一个良好的平衡,所以本文首先研究Maya粒子和流体各自的特效处理,然后探索了一种可行的连接两者优点的解决方案,取得了较好的效果。本文的研究重点及主要成果有:1.研究如何应用粒子和Mel表达式结合模拟真实的自然界物理现象在总结了Maya粒子动力学模拟的优势与弱点后,提出最大实现粒子的可控制性,既不是单纯靠粒子发射器发射粒子,也不单纯用场来干扰粒子,而是粒子系统与Mel表达式结合。在龙卷风的制作案例中,用立柱控制龙卷风的外形,用表达式控制立柱上粒子的运行轨迹,最后用贴图序列来渲染龙卷风的烟雾效果,达到既可以控制龙卷风外形的扭曲形态,又可以控制龙卷风自身粒子贴图的走势。2.研究能显著影响流体效果的主要属性并归纳流体模拟分类与属性的关联研究Maya的流体动力学算子,其中包括了Navier-Stokes方程的力学原理并探索Navier-Stokes方程在Maya内置程序包中的要点,及其在Maya的流体动力学栅格属性中如何体现。并归纳了控制流体体积材质表现的属性定义。同时通过案例例证能显著影响流体效果的主要属性及其之间的相互作用,对速度、温度、密度的反应及流体模拟分类与属性的关联。不过这种属性定义一般很难对流体特效在动画上能有所实质控制,所以在复杂的模拟实例时需要有进一步的解决方案。3.提出并实现了一种将粒子和流体组合模拟方法,兼具粒子的可控性和流体的表现性根据粒子模拟和流体模拟的现状,在前述的粒子模拟案例上尝试将粒子与流体组合的方式来模拟特效:使用粒子表达式以及场等来模拟龙卷风的动态,使用流体材质表现龙卷风的质感,并通过Particle Info节点和表达式将粒子与流体之间进行数据交换,实现了既保有粒子和表达式的可操控性,又争取在表现上能有流体的体积材质效果。4.该方法使用节点将流体与粒子的各类属性交互,增强渲染质量,最常应用于厚重烟尘动态特效的模拟在粒子系统中引入流体材质这一方法吸取了流体本身的采样方式,同时流体的容器的解算范围在引入particle以后,流体容器被替换成了particle could的球体。通常流体只负责产生体积而不生成动态,但在实际的制作过程中,动态和材质往往都是具有关联性的。因此使用maya的particle info节点将流体与particle的各类属性交互,得到较好的模拟效果。这一方法在爆炸的烟尘还有火箭发射的尾烟,楼房倒塌的尘土等涉及到厚重的烟尘特效模拟中都可以使用。