[發明專利]一種基于L系統的建筑物裂縫生成方法

有效

• 申請號: 201410270087.4
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104021583B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 李妮;王超一;張鑫;丁瑩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 祗志潔

技術領域

本發明涉及一種基于L系統的建筑物裂縫生成方法，屬于虛擬現實、計算機仿真領域。

背景技術

L系統是匈牙利生物學家Aristid?LinderMayer于1968年提出的。L系統的本質是一個重寫系統，通過對植物對象生長過程的經驗式概括和抽象，初始狀態與描述規則，進行有限次迭代，生成字符發展序列以表現植物的拓撲結構，并對產生的字符串進行幾何解釋，就能生成非常復雜的分形圖形。

裂縫作為一種現象，普遍存在各種建筑物當中，無論是墻體上還是樓板上，雖成因不盡相同，卻都有著相似的幾何形態，即具有不規則性、不確定性、模糊性，并滿足分形的特征。而在虛擬現實世界中，對于裂縫的模擬和繪制，無疑可以大大增強建筑物的真實感，還能在一定程度上表現撞擊等人為活動或地震等自然災害對建筑物的破壞程度，具有重要的意義。但是目前相關領域的研究多側重于從物理機制上分析裂縫的成因并進行預防或修復，極少涉及裂縫形態的仿真。

發明內容

本發明的目的是提供一種建筑物裂縫的仿真方法，本發明基于隨機Ｌ系統，根據裂縫形態特征設定推演法則，采用圖元法，將能代表裂縫特征形態的大小圖元進行1-4次迭代和隨機組合生成裂縫。

本發明提供了一種基于Ｌ系統的建筑物裂縫生成方法，包括以下幾個步驟：

步驟一：分析建筑物裂縫形態特征并確定Ｌ系統字符集；

步驟二：根據建筑物裂縫形態特征確定基本小圖元，根據建筑物裂縫實物圖片提取大圖元，利用步驟一得到的Ｌ系統字符集描述小圖元和大圖元的推演法則；

步驟三：生成裂縫，具體是：確定裂縫隨機生成過程中的約束條件；根據約束條件，將基本小圖元進行1-4次迭代，從大圖元中隨機選取圖元與迭代后的小圖元進行組合形成裂縫。

步驟一中所述的L系統字符集為V＝{F(d)，J(d)，+(δ)，-(δ)，$(δ)，％(δ)，[，]}，其中F(d)和J(d)為前進字符，+(δ)、-(δ)、$(δ)和％(δ)為轉向字符，[和]為分支字符，d為步長，δ為設置的用于轉向的角度。

步驟二中所述的小圖元的推演法則的字符集合長度小于等于30，所述的大圖元的推演法則的字符集合長度在30以上。

本發明有以下優點和積極效果：

(1)首次借鑒了分形的思想，提出基于Ｌ系統的裂縫生成方法，并依據總結的裂縫特征擴充了Ｌ系統的字符集，并提出了適合裂縫形態的推演法則；

(2)對裂縫的圖元有人工干預作用，使得隨機生成的裂縫模型形態更加趨近于自然；

(3)依照經驗總結了隨機生成裂縫的約束，使得在圖元從裂縫實物圖片提取的前提下生成的裂縫模型依然保持隨機的特性。

附圖說明

圖1是本發明的裂縫生成方法流程圖；

圖2是本發明中對建筑物裂縫形態特征分析的參照圖；

圖3是本發明中確定的基本小圖元及其推演法則；

圖4是本發明中確定的從建筑物裂縫實物圖片中提取的大圖元；

圖5是本發明隨機生成的裂縫模型。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。

本發明一種基于Ｌ系統的建筑物裂縫生成方法，根據建筑物裂縫形態總結裂縫的特征，確定基本小圖元的推演法則，并依據建筑物裂縫實物圖片確定大圖元的推演法則，然后根據總結的約束條件隨機生成裂縫模型，整體流程如圖1所示，包括以下幾個步驟：

步驟一：分析建筑物裂縫形態特征并確定Ｌ系統字符集，包括(1a)和(1b)。

(1a)根據建筑物裂縫實物圖片分析建筑物裂縫形態特征。

根據圖2的建筑物裂縫實物圖，總結出建筑物裂縫形態具有以下特點：

1.裂縫由無數微小的直線段構成，直線段間夾角的大小變化造成了曲折的總體形態，裂縫沿某一個確定的方向延伸而極少產生回環。由于彎曲次數較多，向左向右彎折次數及角度趨于平均，總體上呈鋸齒狀向某一方向生長。如圖中矩形標記1所示。

2.在裂縫延展的過程中，并非一直連續，常常會出現跳躍現象，即裂縫在生長方向上變細消失，并向與生長方向垂直的側方平移一小段距離，繼續沿原方向生長。如圖中圓形標記2所示。

3.裂縫直線段間夾角較大，以90-150度鈍角較為常見，裂縫較大尺度的方向改變分為兩種情況，其一是前后數個直線段間為鈍角即保持了總體上的直線趨勢，而其中出現了一次銳角轉折。其二是由于直線段間連續數次的同方向轉折而形成，與前者相比這種轉彎曲線平滑。如圖中圓形標記3所示。