[發明專利]動態粒子集合的表面渲染方法及系統

有效

• 申請號: 201710371971.0
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107248188B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 楊旭波;張帥;肖祥云
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T15/06;G06T1/20
• 代理公司: 31201 上海交達專利事務所
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種動態粒子集合的表面渲染方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)采用基于粒子的流體模擬方法進行流體模擬，并記錄每一幀流體粒子的粒子位置數據；

2)對粒子位置數據進行解析，并采用粒子濺射方法進行表面深度估計，得到深度圖；

3)將深度圖作為流體表面的預估，采用光線投射方法，通過SPH密度估計方程定義的標量場來確定等值面，并同時采用GPU并行加速來加速光線投射與采樣計算過程；

4)通過主成分分析來估計流體表面法向量并得到表面法向量圖，具體包括以下步驟：

4.1)基于標準的SPH梯度計算，使用Spiky核函數，計算近似法向量

4.2)構造x_i處協方差矩陣其中：W(x_i-p_j,R)＝1-(||x_i-p_j||/R)³；

4.3)采用雅克比迭代求解協方差矩陣C_i的三對特征值和特征向量，得到最小特征值對應的特征向量N_i″；

4.4)計算表面法向量N_i＝(1-ω)N_i′+ωN_i″，得到表面法向量圖，其中：d為10，k為0.998；

5)將表面法向量圖導入光線追蹤器中得到表面渲染結果。

2.根據權利要求1所述的動態粒子集合的表面渲染方法，其特征是，所述的步驟2)具體包括以下步驟：

2.1)采用具有深度偏移的點精靈渲染方式將所有的粒子位置快速渲染成較大的實心球；

2.2)通過深度測試得到深度圖；

2.3)調節渲染半徑，使得深度圖接近實際表面。

3.根據權利要求2所述的動態粒子集合的表面渲染方法，其特征是，所述的SPH密度估計方程定義的標量值其中：x_i沿光線的采樣位置，m_j為粒子質量，p_j為粒子的位置，r為采樣半徑。

4.根據權利要求3所述的動態粒子集合的表面渲染方法，其特征是，所述的GPU并行加速是指令每一個線程對應一個像素光線，沿著投射的射線方向對流體粒子進行間隔采樣并計算密度值直到滿足定義等值面要求而停止，并將所有光線采樣次數接近一致。

5.根據權利要求1所述的動態粒子集合的表面渲染方法，其特征是，所述的表面法向量圖采用雙邊濾波平滑結果。