[发明专利]基于粒子系统模型进行实时模拟雪花沉积的方法

说明书

技术领域

本发明属于真实世界计算机仿真技术领域，具体涉及一种基于粒子系统模型进行实时模拟雪花沉积的方法。

背景技术

对于积雪的模拟，1997年Nishita等人采用Metaball来构造和绘制积雪场景，并模拟了光线在雪表面的散射。1999年Premoze等在绘制阿尔卑斯山时考虑了高山的积雪构造，但由于高山尺寸大，绘制效果比较粗糙。2000年Fearnig介绍了一个复杂的积雪模型和稳定性模型来构造由几何面表达的雪，用它绘制出迄今为止最漂亮的虚拟积雪场景，但其建模过程和场景数据非常复杂，绘制速度很慢。2004年Ohlsson等人采用表面预测算法来计算地面上每个网格处积雪的数量，并进行遮挡剔除，较快地绘制出积雪场景，但仍需要大量的预处理工作。国内积雪研究方面，2002年陈彦云等采用体纹理映射和位移映射技术构造出较为逼真的积雪场景。2007年贺怀清等人引入噪声技术模拟积雪，其方法只适用于大场景模拟积雪的情况，对细节模拟程度不高。

对于飘雪的模拟，2004年Langer等采用三维逆傅立叶变换对场景图像进行处理，并用一系列二维图像序列重建出下雪的场景，但该方法实际上是一种图像处理的方法，真实感不强。2006年Ingar Saltvik等人采用平行算法综合模拟积雪与飘雪场景，以期达到实时快速模拟的目的，但真实性上不能保证。在国内研究方面，2003年王润杰等人在分析粒子系统的基础上，提出了一种模拟雨雪的实时算法，但是该算法所使用的雪粒子运动方程还相对简单。2004年王长波采用物理模型的方法，对经典的Boltzmann方程进行离散，建立了基于微观动力学的三维风场模型，并在综合考虑风雪交互作用的基础上，给出了风对雪的传输、侵蚀机理及雪的沉积规则，并经过适当的简化加速，实时地绘制出不同大小、不同方向风速下真实感的风雪场景。2005年徐立明等人在分析粒子系统实现原理的基础上，基于OpenGL提出了一种在大型场景漫游系统中实时模拟雨、雪的方法。2005年陈蕾等人根据飞行模拟实际的视景需求，简化了数学计算来模拟飘雪，并且引入碰撞检测模拟粒子间的碰撞，取得很好效果，不过它只限于在飞行模拟器中实现。2008年陈华杰等人提出了一种新的应用于大规模场景的雨雪模拟实时算法，该算法的基本思想是结合粒子系统，根据人体视觉深度原理，采用LOD(Level ofDetail)技术，根据粒子与观测点的距离对雨雪的密度进行分级，并对粒子发射器进行优化，提高了粒子的利用效率，从而达到高效仿真的效果。此外还有其他一些学者对雨雪场景的模拟做了不少工作。

在虚拟现实领域里基于粒子系统模型的实时模拟方法中，真实性和实时性问题一直是研究者们研究的重点和难点，如何以粒子系统基本算法来构造复杂物体并逼真的对其进行实时渲染是虚拟现实技术研究的新课题。本发明因此而来。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于粒子系统模型进行实时模拟雪花沉积的方法，解决了现有技术中计算机模拟雪花真实感和实时性不能同时具备等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种基于粒子系统模型进行实时模拟雪花沉积的方法，其特征在于所述方法通过将雪花粒子分为计算机模拟的飘雪粒子和计算机模拟的积雪粒子，所述方法包括以下步骤：

（1）开始雪花沉积模拟时，通过计算机模拟的飘雪粒子模型构建绘制飘雪粒子，所述飘雪粒子从随机高度负责循环飘落；

（2）当飘雪粒子下落到距离计算机模拟的场景地面的预定高度时，通过计算机模拟的积雪粒子模型负责接受该飘雪粒子的坐标信息，并在该坐标位置通过计算机绘制成新的积雪粒子；

（3）已绘制的积雪粒子在计算机模拟的场景地面上实现点沉积和面沉积。

优选的，所述方法中飘雪粒子的产生通过随机函数产生，所述随机函数产生飘雪粒子的初始位置和初始速度。

优选的，所述方法中飘雪粒子的位置信息为三维坐标信息，通过监测飘雪粒子的高度信息判断飘雪粒子是否下落到距离计算机模拟的场景地面的预定高度内。

优选的，所述方法中点沉积为当飘雪粒子下落到距离计算机模拟的场景地面的预定高度时，通过计算机模拟的积雪粒子模型在该坐标位置生成新的雪花粒子。

优选的，所述方法中面沉积为当使用点沉积的方法使得计算机模拟的场景地面局部区域上堆积的雪花达到预定数量后随机生成成片雪花，并将计算机模拟的场景地面高度增加成片雪花的厚度。