[發明專利]基于動態插幀技術的曲面過程時空模擬方法

有效

• 申請號: 201110319819.0
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102360514A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 鄭坤;花衛華;劉修國;劉培;張柱;易云蕾
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T15/00
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 江釗芳

技術領域

本發明涉及一種曲面時空模擬方法，特別是一種基于動態插幀技術的曲面過程時空模擬方法，典型應用有地面沉降動態模擬、地下水變化過程等動態模擬。

背景技術

我們知道，世界上90%的信息是通過視覺系統感知的，為了使信息表達更加形象直觀，易于理解，圖形成為傳遞信息的最主要媒體之一，計算機圖形學因此得到了很大的發展。尤其隨著現代科學技術的發展，三維圖形可視化技術逐步發展起來，并成功應用在各行各業。三維圖形圖像可以形象直觀地表達客觀世界，三維動態模擬技術可以實現對難以描述的一些動態過程進行直觀形象的模擬。

例如，在對某一個區域歷年的地面沉降情況進行模擬時，以往一般的做法是將歷年的沉降值以二維圖表的形式表達出來，這種表達形式只能給人一種數值上的變化感知，沒有地面的形態表達，更沒有沉降動態的模擬過程。目前利用三維技術，用曲面模型表達地面的高程情況，用多個曲面模型模擬歷年的地面沉降的多個狀態，加上時間維度，就可以模擬出地面沉降的過程，這種動態的表達方式不僅可以直觀地感到數值上的變化趨勢，還較逼真地模擬了地面沉降動態變化過程。

然而，目前在三維動態過程模擬技術中，常常由于模型變化的無規則性，以及模型樣本觀測值的稀缺等原因，要想做出較準確的、實時的時空動態過程模擬比較困難。我們知道，在3D動畫中，一般實現的方法是通過關鍵幀，一幀一個畫面來實現一個過程的模擬。因為人的肉眼的反應時間是1/24秒，所以當畫面數一秒鐘達到24幀以上時，人眼是分不出來具體的每個畫面的，看到的是連續的流暢的變化過程。所以在三維動態過程模擬中，也需要將關鍵幀設置在24幀以上，才能達到流暢的顯示效果。但是原始數據量一般沒有那么多，另外模型較多對內存要求也更高。

發明內容

本發明目的在于解決上述現有技術的不足，尤其是模型樣本觀測值的稀缺的問題而提出一種基于動態插幀技術的曲面過程時空模擬方法，可以實現流暢平滑的時空模擬過程。本方法突破常規對觀測信息以數據或二維圖表的形式表達的方式，而采用曲面時空變化的畫面表達觀測信息。本方法是由原始的數據構建模擬的初始曲面，再通過插值計算，構建出每個插幀時刻的曲面空間模型并顯示，從而實現曲面時空動態過程的模擬。

為了實現本發明目的所采用的技術方案是：提出一種基于動態插幀技術的曲面過程時空模擬方法，通過計算機實施，包括以下步驟：

步驟一，開始模擬，構建模擬初始曲面：根據初始的已有數據利用普通三維曲面構建的方法先構建模擬的初始曲面；?

步驟二，初始化曲面模擬的參數：初始化參數包括整個模擬演示的時間和每秒鐘插入的幀數：

步驟三，動態插幀構面，包括以下幾個步驟：（1）、計算時間值；（2）、插值計算所有點的Z值；（3）、將所有點的Z值更新；（4）、重新構面；

所述計算時間值是計算當前插幀時刻距離模擬初始時刻的時間值；?

所述的插值計算所有點的Z值是根據原始觀測信息計算所有點的Z值；

所述的將所有點的Z值更新是將步驟（2）計算的所有點的Z值更新到構建曲面的程序中；

所述的重新構面是在所有點的Z值更新后，由更新后的Z值重新構建曲面；

步驟四，將插幀構建的曲面進行三維顯示，曲面三維顯示之后繼續轉向步驟三，即繼續重復進行插幀構建曲面，直至完成最后一個曲面模型的顯示，即模擬過程結束。

本發明在曲面模擬過程中，在模擬之前獲取的原始數據可以是地面離散觀測點以及每一年觀測得到的地面高程數據，也可以是每一年地面的曲面模型。如果獲取的數據是原始的采樣信息，則由離散的觀測點和觀測最初期的地面高程信息構建一個初始的曲面模型，可以利用普通三維曲面構建的方法構建即可。如果獲取的數據已經是曲面模型，則可以直接利用這個原始的曲面為初始曲面模型。本發明在曲面模擬過程中，是在刷幀的過程中完成曲面的構建與更新，這樣做可以避免占用計算機內存，有效地解決了對計算機內存需求大的要求。

本發明所述的動態插幀構面的過程中，插值計算所有點Z值的方法步驟如下：

①、原始采樣的離散點不變，根據時間間隔△T內空間上的變化值△S，計算這一時間間隔內的平均變化速度V=△S/△T；?