[發(fā)明專利]一種復(fù)雜行星表面模擬生成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110546637.0
• 申請(qǐng)日: 2021-05-19
• 公開（公告）號(hào): CN113192196B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高艾;兀澤朝;劉泰陽(yáng);姜曉輪;徐勝楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/05
• 分類號(hào): G06T17/05
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種復(fù)雜行星表面模擬生成方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、利用隨機(jī)噪聲角生成方法獲得基礎(chǔ)地形

隨機(jī)噪聲角生成方法為：通過(guò)多個(gè)步長(zhǎng)生成地形高程數(shù)據(jù)，獲取分辨率不同的基礎(chǔ)地形；

1)、生成步長(zhǎng)dr的地形邊緣的高程數(shù)據(jù)：

其中，dr為一個(gè)步長(zhǎng)；n為調(diào)節(jié)參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)n的大小從而調(diào)整地形崎嶇不平的程度；

通過(guò)生成隨機(jī)噪聲角與步長(zhǎng)相乘，獲得相鄰采樣點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)M(x,y)與已知x邊緣采樣點(diǎn)M(x-dr,y)的高程數(shù)據(jù)差dz；或者，獲得相鄰采樣點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)M(x,y)與已知y邊緣采樣點(diǎn)M(x,y-dr)的高程數(shù)據(jù)差dz；

2)、生成非邊緣區(qū)域步長(zhǎng)dr的高程數(shù)據(jù)：

對(duì)于非邊緣區(qū)域，利用相鄰兩個(gè)采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)M(x-dr,y)和M(x,y-dr)加權(quán)平均并添加高程數(shù)據(jù)差dz：

從地形邊角部分逐步擴(kuò)展向整個(gè)地形：通過(guò)插值方法，獲得平緩的地面圖像；

3)、通過(guò)減小步長(zhǎng)dr，重復(fù)步驟一1)～2)；直到最小分辨率，將多次生成的高程數(shù)據(jù)疊加；獲得基礎(chǔ)地形；

步驟二、通過(guò)隨機(jī)平面生成方法生成多個(gè)坡度在預(yù)定區(qū)間內(nèi)的平面，將多個(gè)平面預(yù)定高度以上區(qū)域拼接獲取多坡度的基礎(chǔ)地形；

將普通平面方程ax+by+cz+d＝0，簡(jiǎn)化為z＝ax+by+c；

1)、通過(guò)隨機(jī)數(shù)生成方法定義a、b系數(shù)，獲取隨機(jī)平面，通過(guò)平面夾角余弦公式，即式(3)：

獲得所得隨機(jī)平面與xoy平面的夾角：

式中，θ即為平面坡度；為兩個(gè)隨機(jī)平面的法向量；

2)、在步驟一獲得的基礎(chǔ)地形上隨機(jī)任選一點(diǎn)，該點(diǎn)作為該平面的必經(jīng)點(diǎn)求得系數(shù)c，生成帶有隨機(jī)坡度的平面；

3)、重復(fù)步驟二1)～2)通過(guò)生成多組不同的系數(shù)獲取不同坡度的平面；然后將多個(gè)平面拼接，取最高部分，獲取崎嶇不平的地形；

步驟三、生成巖石、隕坑地貌特征然后與步驟二獲取地形圖疊加；

1)、添加隕坑：隕坑函數(shù)采取多段函數(shù)表示；

分段函數(shù)為：Z＝Ax²+Bx+C

主坑形狀的確定：

坑唇形狀的確定：x＝0.75D,z＝0.75Z；x＝D,z＝0

求得：或

則分段函數(shù)表示為：

其中，Z為隕坑橫截面的地形高度值，x為以隕坑中心，高度為零的點(diǎn)為原點(diǎn)垂直線為z軸建立坐標(biāo)系的x軸數(shù)值，D為隕坑的直徑；

對(duì)于具體的坑，坑深Z_d和坑唇高度Z_r與坑直徑的關(guān)系采用生成隨機(jī)系數(shù)的方法改變：

式中：rand(1)為0～1之間的隨機(jī)數(shù)；

2)、添加巖石；

3)、不同巖石和隕坑直徑的數(shù)量均按照月海區(qū)域隕坑分布模型確定，單位面積內(nèi)超過(guò)某一直徑D的隕坑數(shù)目為N_c(D)，巖石數(shù)目為N_s(D)，采用對(duì)數(shù)形式表示如下：

隕坑數(shù)目分布規(guī)律：

巖石數(shù)目分布規(guī)律：

利用分布規(guī)律獲取各個(gè)直徑區(qū)間的隕坑數(shù)目N_c和巖石數(shù)目N_s，形成數(shù)組；采用隨機(jī)數(shù)生成的方法獲得隕坑、巖石中心位置的橫向和縱向位置，根據(jù)直徑確定隕坑和巖石的影響區(qū)域，并計(jì)算影響區(qū)域內(nèi)的高程數(shù)據(jù)，同時(shí)修改總高程數(shù)據(jù)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜行星表面模擬生成方法，其特征在于：步驟一2)所述插值方法為3次多項(xiàng)式插值。

3.如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜行星表面模擬生成方法，其特征在于：步驟一3)所述減小步長(zhǎng)dr，成倍減小。