[發明專利]基于粒子系統的全局天氣模擬方法

有效

• 申請號: 201310388235.8
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103473802A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 李臻;劉德建;陳宏展;金磊
• 申請（專利權）人: 福建天晴數碼有限公司
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00
• 代理公司: 福州市鼓樓區京華專利事務所(普通合伙) 35212
• 代理人: 宋連梅

【技術領域】

本發明涉及一種基于粒子系統的全局天氣模擬方法。

【背景技術】

在3D游戲中，傳統天氣效果模擬方案多采用全屏光效，就是通過美術制作工具（如3dmax或者maya）制作出模擬天氣的粒子特效，然后將其預渲染成平面動畫，在游戲內使用反復播放，以達到在游戲場景內營造天氣效果的目的。這種技術就好像在鏡頭前放一塊透明玻璃，而透明玻璃上不斷重復幾張變化的圖片。玩家只能看到一種預渲染好的美術效果，沒有其他的變化，如果希望保持長時間的變化，就需要預渲染大量的單幀畫面，而支持這些畫面的每張紋理需要覆蓋整個屏幕，因此對內存的消耗非常大。

另有一種改進方案，不使用預渲染的動畫，而是直接在游戲場景中使用實時的粒子系統，解決了預渲染動畫缺少變化的問題，但是單純使用粒子系統模擬真實天氣，比如暴風雪、雨水、風沙等，要求在場景內存在成千上萬的粒子，而每個粒子在其生存期內的運動情況都需要消耗CPU運算，數量過多不可避免帶來額外開銷，影響系統運行速度。

【發明內容】

本發明要解決的技術問題，在于提供一種基于粒子系統的全局天氣模擬方法，以小范圍的粒子運動模擬達成整個場景同時有效的效果，減少整個3D場景中大量粒子運算帶來的系統開銷，提高系統運行速度。

本發明是這樣實現的：

基于粒子系統的全局天氣模擬方法，所述方法應用于3D場景中，在3D場景中，通過一虛擬攝像機模擬人的眼睛，其可見區域是一個封閉的四面椎體空間，稱之為視錐體，所述方法包括如下步驟：

步驟1、建立一主區域：

所述主區域是以虛擬攝像機所在位置為中心點O的一正方體空間，所述主區域的邊長為R，R=2（D+X），所述D為中心點O到四面椎體上平面的距離，所述X為自定義的變量，0≤X≤L，所述L為四面椎體上平面和下平面之間的垂直距離；

步驟2、確定粒子運動的當前區域：

所述當前區域為粒子產生區域，新粒子隨機從當前區域的上端面的任意一點出現，然后開始運動；

確定當前區域的步驟如下：

與所述主區域邊角相鄰且與所述主區域大小相同的正方體共26個，

當所述虛擬攝像機靜止時，所述主區域即為當前區域，由主區域的上端面產生新粒子；

當所述虛擬攝像機移動或旋轉時，通過公式v/mod(v)*R+C得到E點坐標，所述E點為虛擬攝像機視錐體內的探測點，所述v是虛擬攝像機當前移動或旋轉的方向向量v，所述C為虛擬攝像機的當前坐標；根據所述E點的坐標，確定E點位于哪一正方體內，

若E點還處于主區域的正方體內，則，所述主區域仍為當前區域，由主區域的上端面產生新粒子；

若E點位于與主區域相鄰的26個正方體中的其中一個正方體內，則將該正方體確定為當前區域，所述主區域不再產生新粒子；

步驟3、當所述虛擬攝像機再次移動或者旋轉時，再次確定粒子運動的當前區域，具體如下：

通過所述公式v/mod(v)*R+C得到E點坐標，根據所述E點的坐標，確定E點位于當前區域的正方體內還是與當前區域邊角相鄰且大小相等的26個正方體中的其中一個正方體內，將E點所在的正方體確定為確定粒子運動的當前區域；

當所述虛擬攝像機再次移動或者旋轉時，重復執行步驟3。

本發明具有如下優點：

本發明設置一包裹攝像機的主區域，然后根據主區域及虛擬攝像機移動或旋轉的方向向量，確定粒子運動的當前區域，僅在當前區域內模擬全局天氣，由于視錐體包含在所述當前區域內，給用戶帶來了豐富多變的真實天氣效果，同時，減少CPU運算開銷，提高天氣模擬過程中程序的運行及系統運行的效率，降低特效設計和制作成本。

【附圖說明】

下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步的說明。

圖1為本發明視錐體的示意圖。

圖2為本發明虛擬攝像機向前移動的平面示意圖。

圖3為本發明虛擬攝像機向前移動后當前區域和主區域的立體示意圖。

【具體實施方式】

請參閱圖1至圖3，對本發明實施例進行詳細說明。

基于粒子系統的全局天氣模擬方法，所述方法應用于3D場景中，在3D場景中，通過一虛擬攝像機模擬人的眼睛，其可見區域是一個封閉的四面椎體空間，稱之為視錐體A（請參閱圖1），所述方法包括如下步驟：

步驟1、請參閱圖2，建立一主區域：