[發明專利]基于各向異性的屏幕空間平滑粒子流體動力學流體表面提取方法

有效

• 申請號: 201210015007.1
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102609988A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 王章野;張昆
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明涉及平滑粒子流體動力學流體繪制領域，尤其涉及一種基于各向異性的屏幕空間平滑粒子流體動力學流體表面提取方法。

背景技術

經典的平滑粒子流體動力學流體繪制是使用Marching?Cube結合光線跟蹤方法，可以獲得平滑且具有真實感的流體表面，然而其過低的運行效率只適合離線繪制，而不適合實時繪制領域，如虛擬現實、游戲制作、實時動畫等。屏幕空間流體繪制技術是近幾年興起的繪制技術，它通過直接繪制代表粒子的球體，或者球體的深度信息，然后加以平滑的方式獲取流體表面，避免了以往方法中開銷過大的表面提取步驟，具有很高的運行效率，因此可以應用于實時流體繪制。然而該方法提取的表面凹凸不平，前人提出的平滑方法都難以得到平滑的繪制結果，其原因在于各向同性的球體表面或球體的深度本身就是凹凸不平的。

下面先介紹已有的屏幕空間平滑粒子流體動力學流體繪制方法：

1)在屏幕空間構建流體表面網格模型的方法

該方法首先用球體代替流體粒子，并將球體表面的像素深度記錄到深度圖D中，再對深度圖D進行二項式濾波，獲得平滑后的深度圖D’，再從D’中構建網格模型。該方法在構建網格模型時丟棄了過多的信息如液體厚度，難以達到較好的繪制結果，并且二項式濾波容易造成流體邊界擴散。

2)基于曲率最小化的屏幕空間繪制方法

該方法首先用球體代替流體粒子，并將球體表面的像素深度記錄到深度圖D中，并使用迭代的步驟，在每一次迭代中使深度圖D的曲率最小化，最終得到平滑后的深度圖D’，然后從D’中提取像素坐標和法線，用于流體繪制。該方法只能使相鄰的球體間過渡變為平滑，而不能完全解決繪制球體帶來的表面凹凸問題。

以上的方法都不能得到較好的平滑流體表面，其原因在于各向同性的球體表面或球體的深度本身就是凹凸不平的，也就是原始數據問題導致難以擬合出正確的結果。

發明內容

本發明的目的在于解決現有屏幕空間平滑粒子流體動力學流體繪制方法難以獲取平滑流體表面的問題，提供一一種基于各向異性的屏幕空間平滑粒子流體動力學流體表面提取方法。

基于各向異性的屏幕空間平滑粒子流體動力學流體表面提取方法包括以下步驟：

1)使用改進的拉普拉斯平滑方法對流體粒子世界空間坐標做平滑處理；

2)對平滑后的每個粒子i，使用加權主成分分析方法分析鄰域粒子對當前粒子i的貢獻，獲得粒子i的各向異性變換矩陣G_i；

3)對每個粒子i，繪制代表該粒子的橢球，并在繪制過程中應用各向異性變換矩陣G_i，記錄每個像素的視點空間z軸坐標值，得到深度圖D；

4)對深度圖D使用雙邊高斯濾波方法，得到平滑后的深度圖D’；

5)對平滑后的深度圖D’計算每個像素對應的視點空間坐標；

6)根據視點空間坐標求每個像素在x、y方向的切向量，并通過叉乘切向量來求該像素法向。

所述的步驟1)為：

(1)對每個粒子i，獲取其半徑r_i范圍內的所有領域粒子坐標；

(2)根據領域粒子，對當前粒子i使用拉普拉斯方法平滑方法，獲得粒子新坐標

xi‾=(1-λ)xi+λΣjwijxj/Σjwij]]>

式中w_ij是一個關于粒子i和粒子j的各向同性權重函數，它定義為：