[发明专利]一种真实感云层的综合模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视景仿真技术领域，尤其是一种采用细胞自动机、纹理映射、公告板技术等进行综合处理以展示出真实感云层的快速模拟方法，本方法可广泛应用于对飞机等空中运动目标穿云视景的仿真演示。

背景技术

真实感云层的实时渲染是视景仿真中一项具有挑战性的工作。目前，云的模拟可分为基于个体生长的方法和基于物理过程的方法。基于个体生长的方法包括分形几何、过程纹理函数、细胞自动机和粒子系统等方法，主要是利用人的视觉形态特征获取云的视觉形状而不需要模拟云生成或消散的真实物理过程，其渲染速度较快，比较适合目前普通硬件平台的需求，它在一定程度上还很受关注；但基于个体生长的方法的仿真效果差，因而主要应用于对可视化细节要求不高的仿真场景。基于物理过程的方法主要是通过模拟气象上导致云形成的物理过程，以及光与云的交互作用来进行云的模拟仿真，该方法提出较晚，主要包括光照模型、基于流体动力学的数字模拟和定性模拟等，但由于过大的计算需求、一般只能产生可视化细节要求不高的气象学模型，目前还不能满足图形学仿真的需求。

在基于个体生长的方法中：

A.细胞自动机方法：细胞自动机方法将三维空间划分为一个个体元网格，在每一个网格用三个状态变量表示水蒸汽、云和从水蒸汽到云的变化状态，每一个状态变量的值为1或0；云的生长通过转换规则来表示云的形成、消散和风在水平方向上的影响，转换规则可以用布尔运算实现来减少运算量。该方法虽然在每一个网格用三个状态变量表示水蒸汽、云和从水蒸汽到云的变化状态，可以较为逼真地模拟三维云的发展过程，但整个组合过程复杂、难度较大，仅适用于对低维、简单视景的模拟；

B.公告板模拟方法：公告板是一组旋转而始终朝向视点的带模拟对象的映射纹理图的多边形虚拟平面；公告板技术简化了三维场景，提高了场景的渲染速度，满足了视景仿真的即时性要求，同时大大提高了系统的图形处理速度，但采用该方法模拟的物象缺乏立体感，失真度较大，尤其不适合对近景的模拟；

公告板旋转的具体方法如下：在三维笛卡尔坐标系统下，设初始云层平面的法向量为V₁，云层平面中心点在水平面上的投影到视点的向量为V₂，云层平面中心点到视点的向量为V₃，则云层平面在Y、Z轴上的旋转角度可以用下式得到：

yRot=arccos(|V1·V2||V1|·|V2|)---(1)]]>

zRot=arccos(|V2·V3||V2|·|V3|)--(2)]]>