[发明专利]一种基于簇聚类的风吹有叶树摇曳模拟方法

摘要

本发明公开了一种基于簇聚类的风吹有叶树摇曳模拟方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、划分有叶树；步骤2、将步骤1中划分后的每一等份的有叶树的树叶进行密度聚类，生成多个叶簇；步骤3、根据步骤2中的叶簇接受风力作用的先后顺序建立叶簇的拓扑结构；步骤4、计算步骤3中叶簇拓扑结构中的叶簇节点及其相连的树枝和树干受到的风力大小，并结合悬臂梁模型计算树杆件在风中的形变，通过相对位置进行整合形成有叶树的联动摇曳模拟。本发明一种基于簇聚类的风吹有叶树摇曳模拟方法可以重建出有叶树的局部与风发生相互作用产生摇曳的运动。

主权项

1.一种基于簇聚类的风吹有叶树摇曳模拟方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、划分有叶树；步骤2、将步骤1中划分后的每一等份的有叶树的树叶进行密度聚类，生成多个叶簇；步骤3、根据步骤2中的叶簇接受风力作用的先后顺序建立叶簇的拓扑结构；步骤4、计算步骤3中叶簇拓扑结构中的叶簇节点及其相连的树枝和树干受到的风力大小，并结合悬臂梁模型计算树杆件在风中的形变，通过相对位置进行整合形成有叶树的联动摇曳模拟；所述步骤1有叶树的划分具体为：步骤1.1、初始化状态位sum＝1，每一等份有叶树受到的风速为speedi＝0，并备份为copyspeedi＝0，以区别不同状态下每一等份受到的风速；其中，sum为第sum次计算风速，i为有叶树划分的等份数，i的取值为1,2，…，13；步骤1.2、计算树干骨架点到风源的距离假定风与Z轴正向的夹角为zWind，从Z轴正向往下看，风与X轴的逆时针夹角为xWind，根据球坐标系建立风的单位向量：风向在XOY面上的投影向量为树干骨架点到风源的距离为：d＝|cos(xWind)·x0+sin(xWind)·y0+C|取最小值dmin，阈值sheld＝dmin/2，设定状态位j＝2用于记录当前要划分的为第j等份，同时将各个等份受到的风速speedi备份到copyspeedi，i＝1,2,...,13中，C为常数0.1，(x0,y0,z0)为树干骨架点或树枝所在环圆心，距离d的值越小，说明枝条离风源越近，受到风力的影响越早；步骤1.3、将所有到风源的距离小于sheld的树干骨架点和树枝所在圆环圆心这两种点均归为第一等份，记为unit1；根据初始风速计算风吹过第一等份所花费的时间tsum，并将衰减后的风速存入speed1中，令sum＝sum+1；如果此时unit1受到的风速copyspeed1≠0，表示还需继续划分，转到步骤1.4；如果copyspeed1＝0，表示划分结束；步骤1.4、阈值sheld＝sheld+copyspeedj‑1·tsum，将所有到风源的距离小于sheld的树干骨架点和树枝所在圆环圆心归为第j等份，记为unitj；根据风速copyspeedj‑1计算风吹过第j等份后的风速，并存入speedj中；如果此时unitj受到的风速copyspeedj≠0，表示还需继续划分，令j＝j+1，重复步骤1.4，直到j＞13时，如果copyspeedj＝0，表示划分结束，并转到步骤1.2，重新计算新状态下树的空间划分；步骤1.4中风吹过第j等份后的风速speedj计算方法为：其中，Vtree为第j等份的树的体积，V为第j等份的总体积。