[發明專利]面向可視化仿真的霧的動態仿真方法

有效

• 申請號: 201811119022.4
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109255842B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 劉虎;陳正源;韓楊楠冰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G06T17/05
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 陳磊;程連貞

本發明公開了一種面向可視化仿真的霧的動態仿真方法，包括如下步驟：獲取基礎建模數據；將所述地形模型的地面以上500米范圍內的區域三維劃分為n個區域單元塊，n為500?2500；根據步驟S1中獲取的基礎建模數據，計算各單元塊的狀態參數數據；在各單元塊內放置產生粒子貼圖的霧粒子生成器和控制粒子貼圖釋放效果的數據接收反饋器；設置各單元塊的風向和風速的初始值，之后變更某一單元塊的風向和風速的值，利用相鄰、相近的單元塊的數據接收反饋器依次改變相鄰、相近的單元塊的風向和風速的值，達到控制霧生消的目的。本方法相比于現在應用于霧的可視化仿真方法而言，兼具真實性和輕量化性的優點，易于理解和操作。

技術領域

本申請涉及計算機仿真領域，具體涉及一種面向可視化仿真的，可用于虛擬現實的霧的動態仿真方法。

背景技術

虛擬現實技術(VR)是一種根據人的意志和需求，創建虛擬環境和虛擬世界的計算機仿真技術。當前，這一技術被廣泛運用在游戲、仿實景軍事訓練、航空航天、工業仿真等領域。VR技術是一種具有交互式和沉浸式的三維動態視景仿真技術，是一種以人為核心的技術。因此，要使人在虛擬環境中的感覺仿佛置身于實際場景中，就必須要求虛擬場景的模擬逼真，接近真實。尤其是對于利用VR技術進行模擬訓練的使用者，環境的逼真性更是影響訓練效果的重要因素。

霧作為生活環境中最常出現的天氣現象，勢必要在虛擬場景中出現。例如，在航空領域，直升機一般不會在有霧的天氣下飛行，但是需要直升機飛行員具有在霧天應急飛行的能力，此時若采用VR技術進行模擬訓練，就要求模擬環境中不僅要出現霧，甚至對霧的模擬精度作了一定的要求。

現有的霧仿真模擬方法中，大致分為兩類，一類是基于視覺效果的簡單模擬，例如Unity引擎中自帶的霧模擬系統，其核心計算原理是根據離主攝像機的距離遠近，以線性或指數等函數計算公式，進行模糊渲染，遠處模糊度高，近處模糊度低，以此讓第一人稱視角的使用者產生霧感。這類霧模擬方法的優點在于計算方式簡單，渲染速度快，但是與霧的生消機理和運動規律無關，這對于一些需要模擬出符合生消機理和運動規律的場合是不適用的。

另一類是基于純物理模型的煙霧模擬，這類模擬方法多采用流體力學中的N-S方程(納維-斯托克斯方程，用于描述粘性不可壓縮流體動量守恒的運動方程)建立煙霧的流動方程，找出煙霧的流動規律并用于建模，但是這類純物理模型僅限于擴散范圍小的“煙”進行模擬，例如香煙的煙頭的煙擴散模擬。對于大面積的霧模擬，這類方法可能導致計算量過大，加大對計算機渲染的壓力，因此這類方法還沒有成熟應用在霧仿真的技術。

可見，對于大區域霧的模擬方法，現有技術傾向于在視覺上簡單建模而不考慮霧的實際生消運動原理；對于小范圍的煙，則出現以N-S方程呈現煙的運動規律的模擬方法，但是該方法不適用于大區域霧的模擬。

發明內容

為了至少部分的解決上述已有技術存在的不足，本發明提供了一種面向可視化仿真的霧的動態仿真建模方法，相比于現在應用于霧的可視化仿真方法而言，兼具真實性和輕量化性的優點，易于理解和操作。

根據本發明的一方面，提供一種面向可視化仿真的霧的動態仿真方法，包括如下步驟：

S1：獲取基礎建模數據，所述基礎建模數據包括地形模型以及所述地形模型所模擬的地區的地形數據，所述地形數據包括所述地形模型所模擬的地區的海平面高度下的溫度t₀、空氣密度ρ₀、絕對濕度和氣壓P₀；

S2：將所述地形模型的地面以上500米范圍內的區域三維劃分為n個區域單元塊，n為500-2500；

S3：根據步驟S1中獲取的基礎建模數據，計算各單元塊的狀態參數數據，包括：各單元塊的空間的溫度t、空氣密度ρ、絕對濕度和氣壓P；

S4：在各單元塊內放置產生粒子貼圖的霧粒子生成器和控制粒子貼圖釋放效果的數據接收反饋器；