[发明专利]基于分形和柏林噪声的模拟雾凇生长的方法

说明书

本发明提出一种基于分形和柏林噪声的模拟雾凇生长的方法。该方法模拟自然界中晶状和针状两种主要类型的雾凇在风场条件下的生长形态与方向。该方法根据柏林噪声的基本理论,通过构造随机噪声函数、余弦插值平滑函数来实现风场的模拟，利用材料力学知识分析风力作用下雾凇的偏移细节，由此计算出风力作用下雾凇沿着生长方向相对于生长点的偏移量。最后利用分形的方法模拟晶状雾凇的形态，利用分节计算生长终点方法来模拟针状雾凇的形态。

技术领域

本发明涉及一种模拟雾凇生长的方法，尤其涉及一种基于分形和柏林噪声的模拟针状雾凇和晶状雾凇生长的方法。

背景技术

雾凇，俗称树挂，不同于冰和雪，古时有记载：“寒气结冰如珠见日光乃消，齐鲁谓之雾凇”，雾凇是在低气温下，由空气中尚未凝华的水蒸气在树枝等物体上不断积累冻结粘连的结果。早在19世纪60年代，人们就开始对雾凇、雨凇、湿雪等冻结现象有了研究。一方面雾凇、雨凇等冻结现象是一种极具风韵的自然景观，更重要的是这些冰冻现象在一定条件下会形成严重的自然灾害。

目前对于一些自然景物类似于：花、草、雪等等已经有很多方法对其进行真实感模拟，而且效果都非常逼真，但是对于雾凇这一自然景物的真实感模拟很少，因此选取自然界中两种主要雾凇——晶状雾凇和针状雾凇分别进行真实感模拟，通过对两种雾凇生物学形态进行分析，提出基于分形和柏林噪声的模拟雾凇生长的方法。

发明内容

为了展现冬季常见自然景观——雾凇的魅力,同时为雾凇这种自然灾害的防治提供决策，本发明提出一种基于分形和柏林噪声的模拟雾凇生长的方法。该方法模拟自然界中晶状和针状两种主要类型的雾凇在风场条件下的生长形态与方向。该方法根据柏林噪声的基本理论,通过构造随机噪声函数、余弦插值平滑函数来实现风场的模拟，利用材料力学知识分析风力作用下雾凇的偏移细节，由此计算出风力作用下雾凇沿着生长方向相对于生长点的偏移量。最后利用分形的方法模拟晶状雾凇的形态，利用分节计算生长终点方法来模拟针状雾凇的形态。

本发明采用的方案如下：

一种基于分形和柏林噪声的模拟雾凇生长的方法，包括以下步骤：

1)建立树木模型

在该模型中储存树木模型的顶点坐标、纹理坐标以及三角面片数据；

2)选取雾凇生长点

在所述的树木模型三角面片上随机取有限个点作为雾凇的生长点；

3)选取雾凇的长度

雾凇长度的数值选取[0.4,0.6]区间内的随机数；

4)确定雾凇的生长方向

晶状雾凇生长方向：以自身生长方向与风向之和作为晶状雾凇的生长方向，

确定晶状雾凇自身生长方向的方法是：在树木模型的三角面片上选取一个除当前生长点D之外的随机点E，将向量DE作为一个扰动向量，则当前生长点所在三角面片的法向与扰动向量DE之和即为当前生长点上晶状雾凇自身的生长方向；

针状雾凇生长方向：将当前风向作为针状雾凇的生长方向；

5)模拟雾凇生长的形态

采用分形的方式来模拟晶状雾凇的形态；

因针状雾凇具有一定的弯曲程度，故采用分节的方式来表示针状雾凇在生长过程中存在的不规则的弯曲。

进一步地，还包括以下模拟风场的步骤：

因自然界的风速和风向是存在随机性的不定量，故通过引入柏林噪声函数来模拟自然界的风存在的这种随机性。

进一步地，还包括以下求取风力作用下雾凇生长的偏移量的步骤：