[发明专利]一种基于力的植物与雪交互模拟方法在审

专利信息
申请号: 202010161169.0 申请日: 2020-03-10
公开(公告)号: CN111523271A 公开(公告)日: 2020-08-11
发明(设计)人: 丁维龙;万臧鑫;辛卫涛;朱筱婕;徐利锋;李涛;余鋆 申请(专利权)人: 浙江工业大学
主分类号: G06F30/25 分类号: G06F30/25;G06F30/20;G06F119/14
代理公司: 杭州斯可睿专利事务所有限公司 33241 代理人: 王利强
地址: 310014 浙江省*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 植物 交互 模拟 方法
【权利要求书】:

1.一种基于力的植物与雪交互模拟方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

1)使用粒子系统模拟降雪场景,降雪场景模拟包括以下步骤:

(1.1)每帧在一片长为a,宽为b,厚度为h,中心位于(x,y,z)的长方体形空间内的随机位置生成np*dt个雪粒子,其中np为每秒生成的雪粒子数,dt为从上一帧到当前帧经过的时间,单位为秒,雪粒子的速度v为0,半径r为rmin~rmax之间的随机数,质量m为其中ρ是雪的平均密度,将这np个雪粒子全部加入集合Sp中;

(1.2)每帧在完成粒子的生成后,对Sp中的每一个雪粒子p,进行如下操作:将p的位置更新为x+v*dt,其中x为p更新前的位置;将p的速度更新为v+g*dt;检查p的位置x,若其在地面G以下,则删除p;

2)结合碰撞检测方法进行积雪的判断,积雪判断方法包括以下步骤:

(2.1)按照枝条的层级关系,为植物模型建立混合包围体树,为每一个枝条的包围体设置一个计数器,并全部初始化为0;

(2.2)每帧对于Sp中的每一个雪粒子p,在完成飘雪模拟的所有步骤后进行如下操作:判断粒子的位置p是否在树的包围盒内;若是,则继续,否则结束算法;对于每一个枝条簇的包围盒B,判断p是否在B内;若是,则记录B并进入下一步;若p不在任何一个B内,则结束算法;对于每一个B对应的枝条的包围盒RB,判断p是否在RB内;若是,则粒子与RB所对应的枝条碰撞,使粒子消亡,并使该枝条对应的计数cb增加1;

3)计算积雪量;

4)模拟枝条的形变;

5)模拟枝条上雪的堆积。

2.如权利要求1所述的一种基于力的植物与雪交互模拟方法,其特征在于,所述步骤3)中,计算积雪累积量的方法包括以下步骤:

(3.1)计算在任意时刻t,任意枝条b上积雪的质量m,根据上述方法,可以得到此时枝条上的计数cbt;

(3.2)设雪粒子为平均半径r的球,则单个雪粒子平均体积积雪的体积V=cbt*v;

(3.3)积雪的质量m=ρV,其中ρ是积雪的平均密度。

3.如权利要求1或2所述的一种基于力的植物与雪交互模拟方法,其特征在于,所述步骤4)中,枝条形变模拟包含以下步骤:

(4.1)将枝条视为连接的直杆,并将“杆”视为悬臂梁来计算其弯曲,根据材料力学的相关知识,悬臂梁在载荷下的弯曲通过解挠曲线方程的方法计算得出,挠曲线方程为:

其中,M(x)为弯矩方程,与截荷的形式有关;E是杨氏模量;I是惯性矩,由截面的形状决定,当截面为圆形时取x为自变量,表示梁上某点离梁根部的距离,通过解上述方程,可以得到梁在截荷下任意一点处的转角θ与挠度ω;

(4.2)按照弯曲后的梁,重新生成枝条的顶点,对于枝条上的每一个顶点,将其绕杆上对应点旋转θ,并延与旋转后杆垂直的方向平移ω,得到顶点新的位置。

4.如权利要求3所述的一种基于力的植物与雪交互模拟方法,其特征在于,所述的积雪截荷计算方法如下:雪对节间的载荷q=Gs/l,其中Gs=msg是雪所受的重力,l是节间的长度,将雪对枝条的压力视作均布截荷,则将其代入(4.1)中的挠曲线方程并解微分方程即可得到节间弯曲与积雪质量的关系。

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