[發明專利]一種實時高爆彈破片毀傷仿真方法

有效

• 申請號: 202110036265.7
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112733366B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 馮沙沙;陳子建;管群生;張孝寶;沈詠梅;周海英
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍軍事交通學院軍事交通運輸研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 仝林葉

1.一種實時高爆彈破片毀傷仿真方法，其特征是，按照下述步驟進行：步驟一：初始化

當高爆彈爆炸時，將破片的分布分為六個方向：Y軸正方向、Y軸反方向、X軸正方向、X軸反方向、Z軸正方向、Z軸反方向；

其中，

Y軸正方向破片分布沿Z軸分布角度為θ_y，沿Y軸分布角度為

Y軸反方向破片分布沿Z軸分布角度為θ_y，沿Y軸分布角度為

X軸正方向破片分布沿Z軸分布角度為θ_x，沿Y軸分布角度為

X軸反方向破片分布沿Z軸分布角度為θ_x，沿Y軸分布角度為

Z軸正方向破片分布沿Z軸分布角度為θ_z，沿Y軸分布角度為

Z軸反方向破片分布沿Z軸分布角度為θ_z，沿Y軸分布角度為

對于每個方向，使用虛擬攝像機，通過渲染的方法依次計算上述六個方向的破片碰撞情況；

在進行計算之前，對該爆炸物的爆炸范圍R內的物體進行配置；

獲取爆炸范圍內的所有物體，即任意一個物體，只要有一個頂點與爆心位置P的距離小于R，則認為此物體處于爆炸范圍內；

對于爆炸范圍內的每個物體，使用一個三維向量表示此物體的ID：ID(x,y,z)；

其中，向量中的每個值x、y、z均采用8bit來表示；

ID向量用于在渲染中區分不同的物體，保留(0,0,0)向量不用于標注任何物體；

這樣，在每個爆炸范圍內，共可區分16777216個物體；

將物體的ID向量作為物體的顏色(r,g,b)，其中：

r＝x，g＝y，b＝z；

在執行渲染前，剔除場景中不會對高爆彈破片造成遮擋的物體，包括樹葉和煙霧；

完成后，開始對破片毀傷進行仿真計算；

步驟二：仿真計算

對Y軸正方向、Y軸反方向、X軸正方向、X軸反方向、Z軸正方向、Z軸反方向這六個方向的破片分別進行計算；

首先，配置六個方向的虛擬攝像機；

對于Y軸正方向的破片分布：

攝像機Z軸對準Y軸，攝像機Y軸對準X軸反方向，

攝像機縱向視場角FOV為θ_y，

由具體炮彈資料，設Y軸正方向破片總數為N，則

攝像機橫向分辨率P_x為：

攝像機縱向分辨率P_y為：

其中，k為：

攝像機的近端裁剪面的距離值設為破片平均直徑r，

攝像機的遠端裁剪面的距離值設為該爆炸物的爆炸范圍R；

對于Y軸反方向的破片分布：

攝像機Z軸對準Y軸反方向，攝像機Y軸對準X軸正方向，

攝像機縱向視場角FOV為θ_y，

由具體炮彈資料，設Y軸正方向破片總數為N，則

攝像機橫向分辨率P_x為：

攝像機縱向分辨率P_y為：

其中，k為：

攝像機的近端裁剪面的距離值設為破片平均直徑r，

攝像機的遠端裁剪面的距離值設為該爆炸物的爆炸范圍R；

對于X軸正方向的破片分布：

攝像機Z軸對準X軸正方向，攝像機Y軸對準Y軸正方向，

攝像機縱向視場角FOV為θ_x，

由具體炮彈資料，設Y軸正方向破片總數為N，則

攝像機橫向分辨率P_x為：

攝像機縱向分辨率P_y為：

其中，k為：

攝像機的近端裁剪面的距離值設為破片平均直徑r，

攝像機的遠端裁剪面的距離值設為該爆炸物的爆炸范圍R；

對于X軸反方向的破片分布：

攝像機Z軸對準X軸反方向，攝像機Y軸對準Y軸正方向，攝像機縱向視場角FOV為θ_x，

由具體炮彈資料，設Y軸正方向破片總數為N，則攝像機橫向分辨率P_x為：

攝像機縱向分辨率P_y為：

其中，k為：

攝像機的近端裁剪面的距離值設為破片平均直徑r，

攝像機的遠端裁剪面的距離值設為該爆炸物的爆炸范圍R；

對于Z軸正方向的破片分布：

攝像機Z軸對準Z軸正方向，攝像機Y軸對準Y軸正方向，

攝像機縱向視場角FOV為θ_z ，

由具體炮彈資料，設Y軸正方向破片總數為N，則

攝像機橫向分辨率P_x為：

攝像機縱向分辨率P_y為：

其中，k為：

攝像機的近端裁剪面的距離值設為破片平均直徑r，

攝像機的遠端裁剪面的距離值設為該爆炸物的爆炸范圍R；

對于Z軸反方向的破片分布：

攝像機Z軸對準X軸正方向，攝像機Y軸對準Y軸正方向，

攝像機縱向視場角FOV為θ_z ，

由具體炮彈資料，設Y軸正方向破片總數為N，則

攝像機橫向分辨率P_x為：

攝像機縱向分辨率P_y為：

其中，k為：

攝像機的近端裁剪面的距離值設為破片平均直徑r，

攝像機的遠端裁剪面的距離值設為該爆炸物的爆炸范圍R；

配置完畢后，推送物體的頂點及顏色數據及上述六個攝像機信息進入GPU進行渲染；

渲染管線使用OpenGL或DirectX；

在頂點著色器階段，使用傳統渲染管線不變；

即：

對于每個頂點P_v(P_x,P_y,P_z)，將其變為四維向量P(P_x,P_y,P_z,1)與投影矩陣Mc相乘，得到其在攝像機坐標系下的坐標P，(P，_x,P，_y,P，_z,P，_w)；

P，＝Mc·P

其中，矩陣Mc為：

將所得P，送入片元著色器進行計算；

在片元著色器階段，經由柵格化及深度排序階段，獲得每個像素的顏色，即三維向量顏色(r,g,b)，及此像素的深度值depth，

每個像素代表一枚破片的命中信息，

如像素顏色的值為(0,0,0)，則此枚彈片未命中任何物體，

如為其他顏色，則證明此彈片命中了某個物體；

令片元著色器的每個像素輸出一個四維向量Pixel(r,g,b,a)，其中，r、g、b三個分量來自于顏色的r、g、b值，a為depth值；

步驟三：統計

在完成渲染后，可獲得六個方向上的命中結果，即6個二維矩陣，

每個矩陣的行數為對應方向的P_y，列數為對應方向的P_x，

遍歷六個矩陣的每一個元素——四維向量Pixel(r,g,b,a)，如該元素的r、g、b值均不為0，則此彈片命中了某個物體；

如命中了某個物體，根據Pixel在矩陣中的二維坐標(x,y)，可得命中點的三維坐標；

首先，求此彈片出射方向向量沿攝像機Y軸的旋轉角和沿攝像機X軸的旋轉角θ：

其中，為此方向沿Y軸的分布角，θ_i為此方向沿Z軸的分布角；

根據和θ，可計算彈片的方向的單位向量Dir：

由此可得彈片最終命中的位置相對于攝像機坐標系的坐標P_hit：

P_hit＝Dir·a

其中，a為Pixel向量的a值。