[發明專利]一種基于云圖的雷暴云實時模擬方法

在審

• 申請號: 202211454294.6
• 申請日: 2022-11-21
• 公開（公告）號: CN115906477A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 林菲;陳韓
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T15/04;G06T15/06;G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于云圖的雷暴云實時模擬方法，包括如下步驟：步驟S1：獲取像素點射線方向，構建大世界云層空間，并計算像素點射線的有效渲染長度；步驟S2：基于二維云圖紋理、三維噪聲紋理、位置?密度函數，計算像素點射線方向的體積云總體密度，得到雷暴云形狀；步驟S3：構建漩渦場，計算云體在運動過程中受到的向心力，以此對云圖采樣UV進行偏移，實現對雷暴云的運動控制；步驟S4：根據光照位置，光照顏色，云體預設顏色，結合采樣點密度，光線傳輸模型得到像素點射線方向上的云體顏色；本發明基于云圖的雷暴云實時模擬方法，能夠快速、實時的在大世界范圍內生成龍卷風式的雷暴云，在一定程度上解決了關于復雜體積云的模擬問題。

技術領域

本發明涉及虛擬現實技術領域，具體而言，涉及一種基于云圖的雷暴云實時模擬方法，針對龍卷風式的雷暴云進行模擬。

背景技術

在虛擬場景中，體積云的模擬可以顯著的提升室外場景的真實感和畫面協調性。目前，相關的體積云模擬技術主要是針對普通的層云、積云，云層形狀較為簡單，在極端天氣場景的表現欠佳，因此有待提出一種關于復雜云層的渲染技術去解決這一問題。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供一種基于云圖的雷暴云實時模擬方法，實現大世界范圍內龍卷風式的雷暴云模擬(下述雷暴云特指龍卷風式的雷暴云)，以提高體積云在極端天氣場景中的畫面表現。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于云圖的雷暴云實時模擬方法，該方法包括以下步驟：

步驟S1：獲取像素點射線方向，構建大世界云層空間，并計算像素點射線的有效渲染長度；所述像素點射線的起點為攝像機位置，所述像素點射線方向的方向向量為像素點位置減去攝像機位置；

步驟S2得到雷暴云形狀:

步驟S21：獲取一張二維云圖紋理圖、一組基礎三維噪聲紋理圖和一組細節三維噪聲紋理圖；

步驟S22：在所述有效渲染長度的范圍內，以光線步進的方式，基于步驟S21獲取的所述二維云圖紋理、基礎三維噪聲紋理圖和細節三維噪聲紋理圖，通過位置-密度函數計算采樣點密度；

步驟S23：基于像素點射線方向，累加射線方向的采樣點密度，作為像素的總體密度；步驟S3：構建漩渦場，計算云體在運動過程中受到的向心力，以此對云圖采樣UV進行偏移，實現對雷暴云的運動控制；

步驟S4：根據光照位置，光照顏色，云體預設顏色，結合采樣點密度，光線傳輸模型得到像素點射線方向上的云體顏色。

進一步，所述步驟S1具體包括：

步驟S11：獲取像素點射線方向，預設地球中心位置，地球半徑，低云層位置高度，高云層位置高度；

步驟S12：將低云層所在位置的高度加上地球半徑作為低云層球體半徑，以地球中心位置為圓心，構建低云層半球體,記為1號半球體；將高云層位置高度加上地球半徑作為高云層球體半徑，以地球中心位置為圓心，構建高云層半球體，記為2號半球體；將兩個半球體之間的區域作為大世界云層空間；

步驟S13：將攝像機位置分成地表上、云層中、云層外三種情況，分別計算得到像素點射線與低云層半球體、高云層半球體的相交點，分別記為p1、p2，像素點射線在低云層半球中穿行的長度為y1，在高云層半球體中穿行的距離為y2，根據相交情況計算得到像素點射線的有效渲染長度；；當攝像機位置分成地表上時，渲染的起點為p1，有效渲染長度為y2–y1；

當攝像機位置分成云層中時，渲染的起點為攝像機位置，若射線與1號半球體有交點，則有效渲染長度為y1，若無交點，則有效渲染長度為y2；

當攝像機位置分成云層外時，渲染起點為p2，若射線與1號半球體有交點，則有效渲染長度為p1，p2兩點間的距離，若無交點，則有效渲染長度為y2。