基于計算機(jī)視覺和粒子系統(tǒng)的三維云模擬(編輯修改稿)
2025-06-12 20:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 粒子系統(tǒng)來建模云體，但我們的目標(biāo)是模擬出不同種類的云，云的動態(tài)變化不是很重要，因此粒子的運(yùn)動及粒子間的相互關(guān)系都可以被忽略。 2 云的建?！?*2〗 基于圖像的云外形生成 云的輪廓信息可以采用圖像處理技術(shù)從真實(shí)云圖自動提取或采用人工交互技術(shù)有選擇的提取，或從多幅圖像中提取云的三維輪廓信息［ 10］。由于大部分的基于計算機(jī)自動的重建方法效果不是很好，而且，對于云這種形狀及其復(fù)雜的物體，利用自動重建方法重建三維信息具有很大的難度。因此，本文在重建過程中適當(dāng)增加人為 交互的方法，使用手動交互操作，通過人工標(biāo)記云輪廓上一些特征點(diǎn)，并根據(jù)生成云形精度的需要，自動調(diào)整選取點(diǎn)的密度，記錄下的所有選取點(diǎn)的坐標(biāo)位置形成云的二維輪廓，然后根據(jù)一些已知參數(shù)把二維輪廓信息擴(kuò)展到三維空間，從而構(gòu)造出各類特定形狀的外形。這樣，一方面可以使算法簡單，另一方面也可以使重建的效果更好。 云體的建模 本文使用掃描線填充算法確定云體內(nèi)部各粒子的位置信息，在可能的位置上采用隨機(jī)函數(shù)選中粒子位置。掃描線算法可以實(shí)現(xiàn)已知多邊形域邊界的填充，該填充方法是按掃描線的順序，計算掃描線與待填充區(qū)域的 相交區(qū)間，再用要求的顏色顯示這些區(qū)間的像素，即完成填充工作。這里區(qū)間的端點(diǎn)通過計算掃描線與多邊形邊界線的交點(diǎn)獲得。 DOC 格式 論文 ，方便 您的 復(fù)制修改刪減 云形的掃描線填充算法主要步驟：根據(jù)得到的二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)組成的多邊形，按照掃描線填充算法的思想對其進(jìn)行掃描，得到輪廓內(nèi)部平面所有的均勻坐標(biāo)數(shù)據(jù)，由于掃描線法得到的數(shù)據(jù)比較密集且整齊，為了避免云的單調(diào)，不自然，我們對每條掃描線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)地選取，根據(jù)隨機(jī)變量值的范圍控制粒子密度。 3 云的繪制 在繪制云內(nèi)的粒子時，由于粒子點(diǎn)很小，又很多，我們不能采用OpenGL 提供的點(diǎn)或者三維型體 來代表微小的粒子，因?yàn)橄到y(tǒng)性能無法承受，而且 alpha 混合的時候也不美觀。本文采用紋理映射和Billboard技術(shù)來實(shí)現(xiàn)云的繪制。 紋理映射 本文使用貼上紋理的小四邊形作為基本粒子，用小四邊形經(jīng)過紋理映射后代替點(diǎn)作為粒子，可以同時表現(xiàn)出粒子的形狀、大小、透明度和顏色。而且根據(jù)場合和云精細(xì)程度的需要，一個面片可以代替一個粒子，也可以代替幾百個粒子，這樣，用稍微復(fù)雜的粒子可以減小粒子的數(shù)目而達(dá)到相同的效果，以提高性能。粒子紋理可以根據(jù)算法生成，也可以使用現(xiàn)有的圖像。 單個紋理的生成 單個紋理采用 RGBA的形式描述。并且 R=G=B=A， A為透明度，灰度值越大，透明度越小。由于球狀粒子的厚度從中心向邊緣遞減，可認(rèn)為代表它的紋理的灰度值也應(yīng)該滿足這一規(guī)律，同時要求連續(xù)過度，可用高斯分布模擬這一趨勢，其公式為 :h(d)=ρ 2π? exp－ d2 2DOC 格式 論文 ，方便 您的 復(fù)制修改刪減 ? 2，其中： d代表距離球心的長度 。h(d)代表距離球心 d處的紋理的灰度值 。?為高斯分布的方差，為了達(dá)到歸一化 (即紋理數(shù)據(jù)只定義在［ ,］［ ,］區(qū)間內(nèi) )，將?取為 3；ρ為中心峰值的調(diào)制值，調(diào)整ρ的大小可以調(diào)整中心灰度的最大值；ρ的取值范圍是［ 0,2π?］，根據(jù)仿真效果發(fā)現(xiàn)將峰值取為 較為合適，此時ρ=?。圖 1為生成的 32 32 粒子紋理圖。 圖 1 單個紋理圖像 Billboard 技術(shù) 粒子在三維的空間中運(yùn)行，其位置分布也是三維的，但是由于通常的紋理映射技術(shù)都是二維的，所以當(dāng)云或者視點(diǎn)在場景當(dāng)中運(yùn)動時，可能由于相互角度的關(guān)系而發(fā)生失真現(xiàn)象，當(dāng)視線平行于紋
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