[发明专利]一种基于粒子系统的全局雨效仿真方法

说明书

本发明实施例提供了一种基于粒子系统的全局雨效仿真方法，其中，上述方法包括：步骤1、初始化雨效粒子系统；步骤2、初始化深度相机；步骤3、计算主相机的变化参数、更新深度相机；步骤4、对雨效粒子进行更新操作。本发明的中基于视锥体可见范围内分布雨效粒子，减少了粒子数过多带来的资源消耗，且越靠近视点的粒子密度更高，符合人的视觉效应，更加有效的使用了粒子资源；采用了空间网格划分方法，解决了视点移动太快，导致粒子在视域范围内分布不均匀的问题；基于深度图技术检测粒子与地面的碰撞，保证了更好的真实感。

技术领域

本发明涉及计算机虚拟现实仿真领域，更具体地说，涉及一种基于粒子系统的全局雨效仿真方法。

背景技术

在3D游戏中，传统雨水仿真多采用全屏光效，就是通过美术制作工具(如3dmax或者maya)制作出雨的粒子特效，然后将其预渲染成平面动画，在游戏内使用反复播放，以达到在游戏场景内营造雨效的目的。这种技术就好像在镜头前放一块透明玻璃，而透明玻璃上不断重复几张变化的图片。玩家只能看到一种预渲染好的美术效果，没有其他的变化，如果希望保持长时间的变化，就需要预渲染大量的单帧画面，而支持这些画面的每张纹理需要覆盖整个屏幕，因此对内存的消耗非常大。

另有一种改进方案，不使用预渲染的动画，而是直接在游戏场景中使用实时的粒子系统，解决了预渲染动画缺少变化的问题，但是单纯使用粒子系统模拟真实雨水，要求在场景内存在成千上万的粒子，而每个粒子在其生存期内的运动情况都需要消耗CPU运算，数量过多和CPU的串行设计，影响了系统的运行速度。另外一个关键的问题是如何高效的计算雨水与地面的碰撞，因为粒子数量多，传统的碰撞检测方法对计算资源的消耗难以接受。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于粒子系统的全局雨效仿真方法，其包括：

步骤1、初始化雨效粒子系统，包括初始化粒子系统的粒子数和粒子属性；

步骤2、初始化深度相机参数；

步骤3，当视点移动了，计算主相机的变化参数、更新深度相机参数；

步骤4，对雨效粒子进行更新操作。

其中，所述步骤1包括：

(1)建立包围所述主相机的视锥体的长方体，其中长方体的长为视锥体近截面到远截面的距离，宽为视锥体远截面左侧到右侧的距离，高为视锥体远截面下底到上底的距离；

(2)沿着所述长方体区域的长、宽、高三个方向进行网格划分；

(3)在每个网格采用相同粒子数随机洒下雨效粒子；

(4)对所述长方体区域进行扭曲。

其中，所述步骤2包括：

(1)计算主相机视锥体的外包围球的半径；

(2)从视锥体中心点的位置，沿着垂直水平面向上的方向平移一个所述外包围球的半径长度，在该位置放置一个深度相机，设置深度相机的投影方式为正交投影，对整个视锥体区域进行深度渲染；

(3)通过渲染到纹理RTT技术将视锥体内的深度值渲染到一张深度纹理中，供雨效粒子与地面的碰撞检测使用。

其中，所述对所述长方体区域进行扭曲的过程具体为：

(1)所述长方体区域的长、宽方向扭曲成扇形，其中圆心为主相机位置，弧度为主相机张角；以宽、长方向和主相机作为原点建立二维坐标系xoy，保证x坐标相同的点扭曲后沿视线方向到所述主相机的距离依然相等，保证y坐标相同的点扭曲后与主相机位置在一条直线上；

(2)按照所述扭曲方法，点(x,y)经过扭曲后坐标为所述w为所述长方体区域的宽，所述θ为所述主相机的张角；