[發明專利]基于分形和柏林噪聲的模擬霧凇生長的方法

有效

• 申請號: 201810001268.5
• 申請日: 2018-01-02
• 公開（公告）號: CN108229018B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 李曄;楊猛
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T19/20
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 張衛華

本發明提出一種基于分形和柏林噪聲的模擬霧凇生長的方法。該方法模擬自然界中晶狀和針狀兩種主要類型的霧凇在風場條件下的生長形態與方向。該方法根據柏林噪聲的基本理論,通過構造隨機噪聲函數、余弦插值平滑函數來實現風場的模擬，利用材料力學知識分析風力作用下霧凇的偏移細節，由此計算出風力作用下霧凇沿著生長方向相對于生長點的偏移量。最后利用分形的方法模擬晶狀霧凇的形態，利用分節計算生長終點方法來模擬針狀霧凇的形態。

技術領域

本發明涉及一種模擬霧凇生長的方法，尤其涉及一種基于分形和柏林噪聲的模擬針狀霧凇和晶狀霧凇生長的方法。

背景技術

霧凇，俗稱樹掛，不同于冰和雪，古時有記載：“寒氣結冰如珠見日光乃消，齊魯謂之霧凇”，霧凇是在低氣溫下，由空氣中尚未凝華的水蒸氣在樹枝等物體上不斷積累凍結粘連的結果。早在19世紀60年代，人們就開始對霧凇、雨凇、濕雪等凍結現象有了研究。一方面霧凇、雨凇等凍結現象是一種極具風韻的自然景觀，更重要的是這些冰凍現象在一定條件下會形成嚴重的自然災害。

目前對于一些自然景物類似于：花、草、雪等等已經有很多方法對其進行真實感模擬，而且效果都非常逼真，但是對于霧凇這一自然景物的真實感模擬很少，因此選取自然界中兩種主要霧凇——晶狀霧凇和針狀霧凇分別進行真實感模擬，通過對兩種霧凇生物學形態進行分析，提出基于分形和柏林噪聲的模擬霧凇生長的方法。

發明內容

為了展現冬季常見自然景觀——霧凇的魅力,同時為霧凇這種自然災害的防治提供決策，本發明提出一種基于分形和柏林噪聲的模擬霧凇生長的方法。該方法模擬自然界中晶狀和針狀兩種主要類型的霧凇在風場條件下的生長形態與方向。該方法根據柏林噪聲的基本理論,通過構造隨機噪聲函數、余弦插值平滑函數來實現風場的模擬，利用材料力學知識分析風力作用下霧凇的偏移細節，由此計算出風力作用下霧凇沿著生長方向相對于生長點的偏移量。最后利用分形的方法模擬晶狀霧凇的形態，利用分節計算生長終點方法來模擬針狀霧凇的形態。

本發明采用的方案如下：

一種基于分形和柏林噪聲的模擬霧凇生長的方法，包括以下步驟：

1)建立樹木模型

在該模型中儲存樹木模型的頂點坐標、紋理坐標以及三角面片數據；

2)選取霧凇生長點

在所述的樹木模型三角面片上隨機取有限個點作為霧凇的生長點；

3)選取霧凇的長度

霧凇長度的數值選取[0.4,0.6]區間內的隨機數；

4)確定霧凇的生長方向

晶狀霧凇生長方向：以自身生長方向與風向之和作為晶狀霧凇的生長方向，

確定晶狀霧凇自身生長方向的方法是：在樹木模型的三角面片上選取一個除當前生長點D之外的隨機點E，將向量DE作為一個擾動向量，則當前生長點所在三角面片的法向與擾動向量DE之和即為當前生長點上晶狀霧凇自身的生長方向；

針狀霧凇生長方向：將當前風向作為針狀霧凇的生長方向；

5)模擬霧凇生長的形態

采用分形的方式來模擬晶狀霧凇的形態；

因針狀霧凇具有一定的彎曲程度，故采用分節的方式來表示針狀霧凇在生長過程中存在的不規則的彎曲。

進一步地，還包括以下模擬風場的步驟：

因自然界的風速和風向是存在隨機性的不定量，故通過引入柏林噪聲函數來模擬自然界的風存在的這種隨機性。

進一步地，還包括以下求取風力作用下霧凇生長的偏移量的步驟：