一种基于GPU模拟过程式动画的实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GPU模拟过程式动画的实现方法，主要包括：定义待模拟对象所在环境的风场信息；基于定义所得待模拟对象所在环境的风场信息进行分类，对不同类别分别进行插值计算，得到与相应风场信息对应的四元数；基于风场信息的不同类别插值计算得到的多个四元数进行处理，形成待模拟对象的运动动画。本发明专利技术所述基于GPU模拟过程式动画的实现方法，可以克服现有技术中模拟效果差、运动模式表达难度大和计算机图形处理量大等缺陷，以实现模拟效果好、运动模式表达难度小和计算机图像处理量小的优点。

【技术实现步骤摘要】
—种基于GPU模拟过程式动画的实现方法
本专利技术涉及图像处理
，具体地，涉及一种基于GPU模拟过程式动画的实现方法。
技术介绍
自然现象的模拟是计算机领域的一个重要研究课题，在自然界中这随风摆动的是一种很常见的现象，要想精确的模拟这种摇曳的效果具有相当的复杂性，大多数树木有无数个树枝和树叶组成，而摇曳具有层次性，每个树枝的不仅自身运动，还要随着父树枝运动而运动，这样的运动模式很难用几何变形来表达。为了解决这种现象的模拟，就需要计算机图形处理相当复杂的运算。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在模拟效果差、运动模式表达难度大和计算机图形处理量大等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出一种基于GPU模拟过程式动画的实现方法，以实现模拟效果好、运动模式表达难度小和计算机图像处理量小的优点。为实现上述目 的，本专利技术采用的技术方案是:一种基于GPU模拟过程式动画的实现方法，主要包括: a、定义待模拟对象所在环境的风场信息； b、基于定义所得待模拟对象所在环境的风场信息进行分类，对不同类别分别进行插值计算，得到与相应风场信息对应的四元数； C、基于风场信息的不同类别插值计算得到的多个四元数进行处理，形成待模拟对象的运动动画。进一步地，在步骤a中，所述定义待模拟对象所在环境的风场信息的操作，具体包括: 由于形成待模拟对象摇曳的效果时必须有外力，该外力之源一般采用流体力学的方法来模拟风，把风力定义为对地形的二维力场，风场能够在顶点着色器中通过一个二维纹理来进行采样获得，这种方法完全在GPU上模拟风场； 该模拟风场定义了流体的速度和方向，采用数据结构来存储该模拟风场；在该模拟风场中，全局风向和风速能够和风元一起存储，风元被定义为分析函数:V= G(X，t)； 其中，X是一个风元中表示位置的二维向量，V是在给定位置的一个风向量，时间t随着时间的变化，能够计算出每一个点的风向和风速。进一步地，在步骤a中，所述待模拟对象所在环境的风场信息，包括: 待模拟对象位于迎风向的振幅、振动频率和偏移角度； 待模拟对象位于背风向的振幅、振动频率和偏移角度； 待模拟对象垂直于风向的振幅、振动频率和偏移角度。进一步地，在步骤b中，所述对不同类别分别进行插值计算，通过参数传入到LerpO函数里，GPU会对这个函数插值计算处理，得到与相应风场信息对应的四元数的操作，具体包括: 当待模拟对象位于迎风向和背风向时，分别将待模拟对象位于迎风向的风场信息和待模拟对象位于背风向的风场信息进行插值计算，得到四元数O ;所述待模拟对象位于迎风向的风场信息和待模拟对象位于背风向的风场信息，均包括振幅、振动频率和偏移角度； 当待模拟对象垂直于背风向时，将待模拟对象垂直于风向的风场信息进行插值计算，得到四元数I;所述待模拟对象垂直于风向的风场信息包括振幅、振动频率和偏移角度。进一步地，在步骤c中，所述基于风场信息的不同类别插值计算得到的多个四元数进行处理，形成待模拟对象的运动动画的操作，具体包括: 将基于风场信息的不同类别插值计算得到的多个四元数进行二次插值计算，得到待模拟对象旋转的四元数； 对待模拟对象旋转的四元数所影响的顶点，进行矩阵变换处理，形成待模拟对象的运动。该矩阵变换的过程和骨骼变换的相同，具体的矩阵变换其实是为了实现坐标的统一而进行的变换，即从树枝静止时自身坐标矩阵转化为相对于树干的世界坐标变换，然后在转化为改树枝的世界矩阵。而这些顶点的位置就随着最后每个枝条的运动情况来实现运动的。进一步地,所述待模拟对象,包括树木、花草。本专利技术各实施例的基于GPU模拟过程式动画的实现方法，由于主要包括:定义待模拟对象所在环境的风场信息；基于定义所得待模拟对象所在环境的风场信息进行分类，对不同类别分别进行插值计算，得到与相应风场信息对应的四元数；基于风场信息的不同类别插值计算得到的多个四元数进行处理，形成待模拟对象的运动动画；可以模拟树木、花草实时摇曳的过程；从而可以克服现有技术中模拟效果差、运动模式表达难度大和计算机图形处理量大的缺陷，以实现模拟效果好、运动模式表达难度小和计算机图像处理量小的优点。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。【附图说明】附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中: 图1为本专利技术基于GPU模拟过程式动画的实现方法中未使用枝叶的动画图； 图2为本专利技术基于GPU模拟过程式动画的实现方法中使用过枝叶的动画图； 图3为本专利技术基于GPU模拟过程式动画的实现方法中美术制作树模型的命名规则2的动画图； 图4为本专利技术基于GPU模拟过程式动画的实现方法中美术制作树模型的命名规则2的动画图；图5为本专利技术基于GPU模拟过程式动画的实现方法中振幅调到最大的树枝的运动(树干也归为树枝) 图6为本专利技术基于GPU模拟过程式动画的实现方法中振幅调到最小的树枝的运动(树干也归为树枝) 图7 (a)为本专利技术基于GPU模拟过程式动画的实现方法中在无风状态下树枝的偏移角度为O的动画图； 图7(b)为本专利技术基于GPU模拟过程式动画的实现方法中树枝的偏移角度为I的时候，得到最大偏移角度的动画图； 图7 (c)为本专利技术基于GPU模拟过程式动画的实现方法中树枝的偏移角度为-1的时候，得到最小偏移角度的动画图； 图8为本专利技术基于GPU模拟过程式动画的实现方法的流程示意图。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。随着时代的发展，GPU的性能也在不断的提高，依据GPU具有高并行结构的特点，所有在处理图形数据和复杂计算拥有比CPU更高的效率。为了解决现有技 术中存在的缺陷，根据本专利技术实施例，如图1-图8所示，提供了一种基于GPU模拟过程式动画的实现方法，具体是一种模拟树木、花草实时摇曳的过程式动画实现的方法。该基于GPU模拟过程式动画的实现方法，利用了 GPU顶点着色器中引入过程式动画就是为了充分发掘GPU的创建和绘制的能力，来模拟可视化拥有大量植物的较大的开放环境，这种模拟到虚拟的场景中形成逼真的树木摇曳的效果，不仅可以增加场景的生动性，更能增强用户的代入感。本实施例的基于GPU模拟过程式动画的实现方法，主要包括: a、定义待模拟对象所在环境的风场信息； 在步骤a中，定义待模拟对象所在环境的风场信息的操作，具体包括: 由于形成待模拟对象摇曳的效果时必须有外力，该外力之源一般采用流体力学的方法来模拟风，把风力定义为对地形的二维力场，风场能够在顶点着色器中通过一个二维纹理来进行采样获得，这种方法完全在GPU上模拟风场；该待模拟对象，包括树木、花草； 该模拟风场定义了流体的速度和方向，采用数据结构来存储该模拟风场；在该模拟风场中，全局风向和风速能够和风元一起存储，风元被定义为分析函数:V= G(X，t)； 其中，X是一个风元中表示位置的二维向量，V是在给定位置的一个风向量，时间t随本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GPU模拟过程式动画的实现方法，其特征在于，主要包括：a、定义待模拟对象所在环境的风场信息；b、基于定义所得待模拟对象所在环境的风场信息进行分类，对不同类别分别进行插值计算，得到与相应风场信息对应的四元数；c、基于风场信息的不同类别插值计算得到的多个四元数进行处理，形成待模拟对象的运动动画。

【技术特征摘要】
1.一种基于GPU模拟过程式动画的实现方法，其特征在于，主要包括: a、定义待模拟对象所在环境的风场信息； b、基于定义所得待模拟对象所在环境的风场信息进行分类，对不同类别分别进行插值计算，得到与相应风场信息对应的四元数； C、基于风场信息的不同类别插值计算得到的多个四元数进行处理，形成待模拟对象的运动动画。2.根据权利要求1所述的基于GPU模拟过程式动画的实现方法，其特征在于，在步骤a中，所述定义待模拟对象所在环境的风场信息的操作，具体包括: 由于形成待模拟对象摇曳的效果时必须有外力，该外力之源一般采用流体力学的方法来模拟风，把风力定义为对地形的二维力场，风场能够在顶点着色器中通过一个二维纹理来进行采样获得，这种方法完全在GPU上模拟风场； 该模拟风场定义了流体的速度和方向，采用数据结构来存储该模拟风场；在该模拟风场中，全局风向和风速能够和风元一起存储，风元被定义为分析函数: V= G (X，t)； 其中，X是一个风元中表示位置的二维向量，V是在给定位置的一个风向量，时间t随着时间的变化，能够计算出每一个点的风向和风速。3.根据权利要求1或2所述的基于GPU模拟过程式动画的实现方法，其特征在于，在步骤a中，所述待模拟对象所在环境的风场信息，包括: 待模拟对象位于迎风向的振幅、振动频率和偏移角度； 待模拟对象位于背风向的振幅、振动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翼，
申请(专利权)人：无锡梵天信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32