一种基于纵向切分的风吹无叶树的摇曳模拟方法技术

本发明专利技术公开一种基于纵向切分的风吹无叶树的摇曳模拟方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、结合大气动力学和噪声技术，建立风场模型及给出风力计算方法；步骤2、采用纵向切分的方法划分无叶树；步骤3、利用悬臂梁模型分别模拟每一等份内的树干和树枝的运动，通过叠加每一等份的运动来实现风场内整个无叶树联动的模拟。本发明专利技术一种基于纵向切分的风吹无叶树的摇曳模拟方法，不仅适用于无叶树完全处于风影响状态下的模拟，还可以重建出无叶树的某一部分与风发生相互作用产生摇曳运动的模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纵向切分的风吹无叶树的摇曳模拟方法
本专利技术属于计算机图形学和虚拟现实相结合的交叉学科
，具体涉及一种基于纵向切分的风吹无叶树的摇曳模拟方法。
技术介绍
自然场景仿真一直是计算机图形学和虚拟现实的一个重要研究领域，在计算机动画，影视特效及虚拟现实等方面具有广泛的应用。而树木的动态模拟是自然场景仿真中的关键问题。无叶树作为树的一种典型代表，在虚拟场景中合成其逼真的摇曳效果，直接影响着场景的真实感。大气中的风对树的运动起到了至关重要的作用，风作为无形的流体，其形态复杂多变，并不断影响着周围的环境，对于无叶树的摇曳来说更是如此。要实现风力作用下的无叶树的摇曳的实时模拟，需要大量的计算和研究。因此，如何对无叶树的摇曳运动进行实时逼真地模拟就成为计算机图形学和虚拟现实中一个极具挑战性的问题。近年来，国内外学者一直关注树木摇曳的建模和可视化的研究，并对其进行大量的积极探索。目前针对树木摇曳建模的方法较多，其中运用最广的方法是：基于过程式动画方法、基于物理的模拟方法以及基于视频的树木摇曳效果模拟。过程式动画方法是利用经验公式来模拟树木的动态摇曳效果。针对树的枝条形变，采用关节形变方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纵向切分的风吹无叶树的摇曳模拟方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、结合大气动力学和噪声技术，建立风场模型及给出风力计算方法；步骤2、采用纵向切分的方法划分无叶树；步骤3、利用悬臂梁模型分别模拟每一等份内的树干和树枝的运动，通过叠加每一等份的运动来实现风场内整个无叶树联动的模拟。

【技术特征摘要】
1.一种基于纵向切分的风吹无叶树的摇曳模拟方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、结合大气动力学和噪声技术，建立风场模型及给出风力计算方法；步骤2、采用纵向切分的方法划分无叶树，无叶树模型的划分具体为：步骤2.1、初始化状态位sum＝1，每一等份无叶树受到的风速为speedi＝0，并备份为copyspeedi＝0，以区别不同状态下每一等份受到的风速；其中，sum为第sum次计算风速，i为无叶树划分的等份数；步骤2.2、计算树干骨架点到风源的距离：假定风与Z轴正向的夹角为zWind，从Z轴正向往下看，风与X轴的逆时针夹角为xWind，根据球坐标系建立风的单位向量：风向在XOY面上的投影向量为树干骨架点到风源的距离为：d＝|cos(xWind)·x0+sin(xWind)·y0+C|(5)取最小值dmin，阈值sheld＝dmin/2，状态位j＝2，同时备份风速speedi的值到copyspeedi中，其中j表示无叶树的第j等份；步骤2.3、将所有到风源的距离小于sheld的树干骨架点和树枝所在圆环圆心归为第一等份，记为unit1；根据初始风速计算风吹过第一等份所花费的时间tsum，并将衰减后的风速存入speed1中，sum++；如果此时unit1受到的风速copyspeed1≠0，表示还需继续划分，转到步骤2.4；如果copyspeed1＝0，表示划分结束，并转到步骤2.2；步骤2.4、阈值sheld＝sheld+copyspeedj-1·tj，将所有到风源的距离小于sheld的树干骨架点和树枝所在圆环圆心归为第j等份，记为unitj；根据风速copyspeedj-1计算风吹过第j等份后的风速，并存入speedj中，j++；如果此时unitj受到的风速copyspeedj≠0，表示还需继续划分，重复步骤2.4，直到j＞sum；如果copyspeedj＝0，表示划分结束，并转到步骤2.2；步骤3、利用悬臂梁模型分别模拟每一等份内的树干和树枝的运动，通过叠加每一等份的运动来实现风场内整个无叶树联动的模拟。2.根据权利要求1所述的一种基于纵向切分的风吹无叶树的摇曳模拟方法，其特征在于，所述步骤1中风场模型的建立具体为：平均风的数学模型为：其中，uWR表示参考高度HR上的平均风速；uW表示高度为H处的风速；m表示风速随高度变化的指数，受地面粗糙度和大气稳定性的影响；随机风为在平均风的基础上添加Perlin噪声，数学模型为：V＝V0·sin(ωt+β)+α·PerlinNoise(t)(2)其中，V0为风初始速度，V是t时刻的风速，PerlinNoise(t)函数是以时间t为变量的Perlin噪声函数，ω，β，α均为调整随机风的参数，ω和β的取值体现了风速大小的随机变化，α的取值体现了风扰动的变化；所述步骤1中风力的计算方法为：物体在空气流场中时，会受到两种力的作用：升力Fl和压力所产生的阻力Fd：其中，Cl为升力系数，Cd为阻力系数，S面表示物体与风的接触面积，S面＝2πrL，ρ为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王映辉，唐婧，张缓缓，郝雯，宁小娟，石争浩，赵明华，周红芳，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61