[发明专利]一种基于三变量双调和B样条的流体表面的时空向量化方法

权利要求书

1.一种基于三变量双调和B样条的流体表面的时空向量化方法，其特征在于包含以下步骤：

(1)基于SFS的流体视频高度场还原：利用ShapeFromShading方法重建流体表面高度场，在迭代过程中，使用GaussianFilter和GuidedFilter对高度场进行去噪，进行保留边界的平滑优化，还原流体表面几何形状；

(2)基于浅水方程的流体速度场还原：使用浅水方程和平滑项建立流体高度场和速度场关联的优化方程，求解该优化，获得流体表面在水平面上的速度场；

(3)基于三变量双调和B样条的数据拟合：将流体表面的高度场信息和速度场信息视作三维体数据，进行超体素分割，利用分割结果选取Knot点，构建三变量双调和B样条基底，对流体表面信息进行向量化，实现时空离散数据到连续数据的映射；

(4)基于粒子表示的三维流体重现：使用粒子表示流体的基本单元，利用连续化结果，构建三维流体，重现流体的运动；

在步骤(1)中，使用ShapeFromShading方法，基于对图像辐射方程的迭代拟合，对流体视频的每一帧的高度场进行迭代分析；使用GaussianFilter和GuidedFilter结合的方法，在每次迭代步中，对分析得到的高度场进行滤波去噪，去除分析结果中的噪声点和异常值；

在步骤(3)中，将流体的速度场信息视为以视频帧的横纵坐标为x、y轴，以时间为z轴的三维体数据，对该体数据进行超体素分割，并计算超体素内速度向量的平均向量，并将超体素中心平移到坐标原点，计算获取几组三变量双调和B样条基，对每一个超体素内的速度数据进行拟合，获得拟合系数向量组，实现对流体表面信息的向量化。

2.根据权利要求1所述的一种基于三变量双调和B样条的流体表面的时空向量化方法，其特征在于：在步骤(2)中，以浅水方程为基本物理模型，分析获得流体高度场和速度场关系的描述方程，以该方程为基础，添加带权重的平滑项，构建最小化目标函数，求解目标函数的欧拉-拉格朗日方程，使用迭代求解方法，实现目标函数的最小化，使用步骤(1)中分析获得的流体表面高度信息，即可获取流体表面的二维速度场信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于三变量双调和B样条的流体表面的时空向量化方法，其特征在于：在步骤(4)中，使用粒子表示流体的基本单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于三变量双调和B样条的流体表面的时空向量化方法，其特征在于：在步骤(1)中，以去噪和建立更好的迭代基础为目的的GuidedFilter在前几步迭代过程中使用，以去噪和平滑为目的的GaussianFilter在后几步迭代过程中使用，GuidedFilter和GaussianFilter的使用次数由用户决定。