[發明專利]基于GS的粒子系統在風場驅動下構建流線動畫的方法

有效

• 申請號: 201710036116.4
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106920271B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 錢進;費建芳;黃小剛;程小平;洪亮
• 申請（專利權）人: 錢進;費建芳;黃小剛;程小平;洪亮
• 主分類號: G06T13/60
• 分類號: G06T13/60;G06T1/20
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

一種基于GS的粒子系統在風場驅動下構建流線動畫的方法，由大量的粒子帶構成風場流線動畫，每一個粒子帶是以m個控制頂點為基礎，由相應的三角面構成；一個粒子帶即為風場流線動畫中的一條運動的流線；先建立控制點處理模塊，用于對構成每條風場流線的粒子帶的控制點進行起始位置、生命周期、強度要素的控制；再建立幾何著色器GS模塊，用于在顯卡可編程管道的幾何著色器GS處理階段，在所述控制點的基礎上動態地在顯卡內部生成更多的頂點，從而構成渲染每個粒子帶所需的三角面。本方法摒棄了以往固定管道的渲染管線，使用了基于Direct3D 11的顯卡可編程管道，絕大多數的計算都在顯卡的流處理器陣列中完成，從根本上解脫了CPU的計算負擔。

[技術領域]

本發明涉及一種Direct3D 11的數據處理與著色器的構建方法，具體是一種基于GS(幾何著色器)的粒子系統在模式風場驅動下構建風場流線動畫的方法。

[背景技術]

隨著數值預報和計算機技術的發展，氣象預報人員常使用高分辨率數值天氣預報模式開展氣象預報，這些數值天氣預報模式輸出的風場數據可以反映出模式預報的網格內風場的強度和方向信息。

風矢量桿是風場數據傳統的繪制方式，風矢量桿有方向和強度的信息，用此來表示網格中某一個點上風的方向和大小。但這個顯示方案有以下弊端：

1、由于風矢量桿的繪制占了屏幕上的一部分空間，所以在實際繪制風場的風矢量桿的時候，我們往往是隔開幾個網格點繪制的，否則所有的風矢量桿會相互重疊。比如有500×500個網格點的風矢量需要在屏幕上繪制，我們在水平方向和豎直方向每隔開4個點繪制，這樣有便只有100×100個風矢量桿最終被繪制在屏幕上，大部分網格點上的風場信息依然沒有被繪制出來。這種抽樣繪制風場網格數據的方式不能全面地呈現風場的全部信息。

2、雖然我們可以通過放大模式網格的局部來繪制網格中某一個部分的全部風矢量桿，但是這樣的繪制方式切割了局部與整體的聯系，在這種處理方案中會帶來只見樹木，不見森林的弊端。

3、傳統的風矢量桿的繪制方式是一種靜態圖像的繪制，表達不出風場的運動感。

4、在氣象上，除了中尺度的臺風系統或范圍較大的副高、低壓等天氣系統能從風矢量桿抽樣繪制的繪圖中看出來，其他的小范圍的氣流擾動很難被人們直觀地察覺出來或者由于抽樣繪制的緣故根本沒在屏幕上顯示出來。

[發明內容]

本發明客服了上述技術的不足，提出了一個基于GS的粒子系統在模式風場驅動下風場流線動畫的顯示技術(基于GS的粒子系統在模式風場驅動下構建風場流線動畫的方法)。本發明用大量的、流動的線條(粒子帶)來展現一個風場的運動趨勢，線條流動的方向和速度，反映了風場某處的風速和風向。為實現上述目的，本發明采用了下列技術方案：

一種基于GS的粒子系統在模式風場驅動下構建風場流線動畫的方法，其設計思想是，1)風場流線動畫由大量的粒子帶構成，例如，每一個粒子帶是以10個控制頂點為基礎，由20個三角面組成。在本方法中，一個粒子帶即為風場流線動畫中的一條運動的流線。2)設計了一個原始的控制點生成、發展和消亡的處理模塊，作用是對每條風場流線(粒子帶)的控制點進行起始位置、生命周期、強度等要素的控制。3)設計了一個GS(幾何著色器)模塊，其主要作用是在顯卡可編程管道的GS階段，在上面提到的控制點的基礎上動態地在顯卡內部生成更多的頂點，從而構成渲染每個粒子帶所需的三角面。

具體來說：

一種基于GS的粒子系統在模式風場驅動下構建風場流線動畫的方法，由大量的粒子帶構成風場流線動畫，每一個粒子帶是以m個控制頂點為基礎，由相應的三角面構成；一個粒子帶即為風場流線動畫中的一條運動的流線；先建立控制點處理模塊，用于對構成每條風場流線的粒子帶的控制點進行起始位置、生命周期、強度要素的控制；再建立幾何著色器GS模塊，用于在顯卡可編程管道的幾何著色器GS處理階段，在所述控制點的基礎上動態地在顯卡內部生成更多的頂點，從而構成渲染每個粒子帶所需的三角面；