[發明專利]一種基于粒子系統的三維火焰動態模擬方法

在審

• 申請號: 201910614193.2
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110310348A
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 冉小軍
• 申請（專利權）人: 四川三秦電氣有限責任公司
• 主分類號: G06T13/20
• 分類號: G06T13/20
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 鄧世燕

本發明公開了一種基于粒子系統的三維火焰動態模擬方法，其包括以下步驟：S1.通過粒子系統模擬三維火焰；S2.對系統中的火焰粒子進行紋理渲染；S3.模擬火勢蔓延。本發明提供的基于粒子系統的三維火焰動態模擬方法借鑒了粒子系統模擬火焰的優點，并使用紋理映射技術提高火焰渲染速度，實現了符合火焰運動規律的實時動畫及火勢蔓延效果。

技術領域

本發明涉及一種基于粒子系統的三維火焰動態模擬方法。

背景技術

隨著計算機技術的發展,利用計算機模擬自然場景越來越受歡迎。自然場景模擬特別是流體模擬已廣泛應用于現實生活中許多領域。自然場景中的火焰也是流體的一種。隨著相關技術的發展，火焰模擬廣泛應用于森林火災蔓延分析、消防模擬演練、虛擬現實游戲等領域中。目前,火焰模擬方法主要分為3種：

(1)基于粒子系統的方法。為了描述火焰、云等不規則、結構會隨時間變化的物體,Reeves在1983年提出了粒子系統方法。使用此方法模擬火焰可以實現火焰的大致形態。

(2)基于紋理技術的方法。Perlin等在1985年提出一種使用實體紋理和添加噪聲的方法來模擬火焰動畫。

(3)數學物理方法。基于數學物理模型的火焰模擬方法主要有兩種:一種是拉格朗日法，另一種是歐拉方法。使用數學物理方法模擬火焰雖然計算過程復雜,但是能表現出比較真實的火焰形態。

使用基于N-S方程和紋理映射的火焰模擬方法來實現火焰模擬，簡化了外力項的計算，提高了計算速度，可以實現實時的火焰動態模擬，但只適用于二維層面上的火焰模擬。

相對于數學物理方法和紋理映射方法，粒子系統總體上具有相同的表現規律。在模擬火焰噴霧等場景時，根據模擬場景的特點，設置好粒子的屬性，并對眾多的粒子進行維護和顯示，這種三維場景在目前先進的圖像處理器中是可以實現的。

但現有的粒子系統模擬火焰的方法，存在火焰外觀及燃燒時搖曳現象不夠逼真的弊端，使得模擬的真實性欠佳。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點，本發明提出了一種基于粒子系統的三維火焰動態模擬方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于粒子系統的三維火焰動態模擬方法，包括以下步驟：

S1.通過粒子系統模擬三維火焰；

S2.對系統中的火焰粒子進行紋理渲染；

S3.模擬火勢蔓延。

與現有技術相比，本發明的積極效果是：

本發明提供的基于粒子系統的三維火焰動態模擬方法借鑒了粒子系統模擬火焰的優點，并使用紋理映射技術提高火焰渲染速度，實現了符合火焰運動規律的實時動畫及火勢蔓延效果。

附圖說明

本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1為本發明實施例所采用的三維火焰動態模擬系統的結構示意圖。

圖2為本發明實施例提供的粒子系統中粒子的循環過程示意圖。

圖3是本發明實施例提供的火焰基本粒子的幾何模型示意圖。

圖4是本發明實施例提供的紋理渲染過程的示意圖。

圖5(a)是本發明實施例所采用的部分起始類紋理片的示意圖；

圖5(b)是本發明實施例所采用的部分燃燒類紋理片的示意圖；

圖5(c)是本發明實施例所采用的部分擴展類紋理片的示意圖。

圖6是本發明實施例中紋理片的大小變化的示意圖。