一种喷泉模拟系统技术方案

本发明专利技术公开了一种喷泉模拟系统，解决了现有技术中大型音乐喷泉无法有效进行模拟的问题，本发明专利技术本发明专利技术提供了一套系统来直接采样真实的喷泉，然后用分析得到的数据来修正sssph的模拟，从而提高虚拟现实中对于喷泉模拟结果的真实性，建模过程快捷、简单，运算复杂度降低。

【技术实现步骤摘要】
一种喷泉模拟系统
本专利技术涉及模拟系统，具体是一种喷泉模拟系统。
技术介绍
随着计算机软件技术的高速发展，计算机功能多样化满足人们的各种需求，也开始更加注重画面美观、视觉真实感的需求，计算机图形学与虚拟现实技术研究得到发展与应用。通过计算机技术，还原生活中的各种景象或创造科幻事物和场景，比如动漫、3D游戏、模型设计展示、仿真模拟、影视广告等等。动态景物是自然场景中非常重要而又普遍存在的组成部分，如流动的水，瀑布、浮动的云、绽放的烟花等等。这些自然场景往往复杂，既有规律性又有随机性，很难用常规模型和方法实现。喷泉通常是通过音乐来驱动预先制作的驱动信号轨道来实现随着节奏变化的表演。虽然通过信号分析等手段，可以自动生成一部分驱动信号。但自动生成的喷泉表演过于机械而艺术性不足，随着观众对于视觉效果的需求，越来越多的音乐喷泉，尤其是大型的音乐喷泉的表演都是经由导演以及技术人员的合作，人为来调整喷泉的喷水节奏。但是对于大型的喷泉来说，这种调试耗时耗力，每一次喷水测试都需要足够的设备准备，尤其对于大型的设备来说，每一次的调试也会消耗大量的费用。为了改善对大型音乐喷泉进行编曲时的效率以及降低其调试成本，将大部分的前期编曲工作在虚拟现实的环境中完成会有很大帮助，但是由于需要在虚拟现实环境提供实时的流体模拟，很难采用消耗巨大的复杂的CFD方法，人们制作喷泉模型一般用在设计现实生活的喷泉或作为研究使用，用物理模型制作，特点是效果逼真，缺乏实时性。用粒子系统制作，往往只是研究粒子的运动，缺乏真实感。因此设计一个通用性的喷泉模型是非常必要的，保证一定程度的真实感，同时具有很好的实时性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种喷泉模拟系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种喷泉模拟系统，包括水池和计算机，所述水池内中部设有喷嘴，所述计算机连接有喷嘴控制器，喷嘴控制器控制喷嘴以不同初速度进行喷水，在水池上方设有镜架，在镜架两端底面分别设有摄像机，在摄像机下方设有背景墙，两个背景墙与喷嘴之间的距离相同并分别位于喷嘴两侧，摄像机与计算机信号连接，计算机同时控制两个摄像机对不同初速度下喷嘴喷出的水进行拍照，并将图像信息传递给计算机生成数据组，计算机根据数据组对喷泉进行模拟；通过摄像机拍摄不同初速度下喷嘴喷出水花的形状，并且将拍摄的视频进处理，获取不同初速度下喷嘴喷出水花的数据，将数据传输至计算机进行处理，生成一数据库；所述水池内还设有一个强光源，强光源出光口对应其中一个背景墙，强光源对背景墙进行照射，背景墙表面采用大型漫反射幕布，两个摄像机倾斜设置并正对喷嘴。作为本专利技术的优选方案：所述计算机向喷嘴控制器发射控制信号，控制信号的信号长度为一设定值，喷嘴控制器接收控制信号后控制喷嘴进行喷水，在发射控制信号的同时启动摄像机进行拍摄，拍摄得到的图像信息与控制信号的强度值作为同一组对应值进行保存。作为本专利技术再进一步的优选方案：所述计算机对图像信息进行处理，建立一二维网格，生成一水平光学密度数据；具体的，对拍摄的视频进行处理，建立二维网格估算水体光学密度。作为本专利技术再进一步的优选方案：对发射口初速度数据组进行均匀采样获得一二维网格，叠加控制信号，通过硬件对模拟的粒子进行着色；生成另一水平光学密度数据，进行位置匹配和范围匹配，获得二维光学密度网格；具体的，使用sssph算法在虚拟环境中模拟喷泉，将初速度数据做作为基因串，对每一控制信号使用遗传算法进行计算，获取与控制信号匹配的发射速度组；导入有限空间的力场，使其作用在流体上，将力场作为基因串，对每一控制信号使用遗传算法进行计算，用计算时间作为终止条件获得每一控制信号的最佳力场；根据控制信号对发射速度组及力场组进行差值过滤，获得发射速度组及力场组函数数据并存入数据库。作为本专利技术再进一步的优选方案：所述计算机对每段图像信号分别进行网格化处理，网格数设置为128x128。作为本专利技术再进一步的优选方案：以32*32的采样次数，对发射口的初速度进行采样，并进行遗传算法计算，计算终止时间定为24小时，确定出最佳初速度组。作为本专利技术再进一步的优选方案：使用最佳初速度组，对空间力场进行遗传计算，力场使用16*16*16的网格尺寸，遗传计算终止时间定为72小时，获得最佳力场。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：解决了现有技术中大型音乐喷泉无法有效进行模拟的问题，本专利技术本专利技术提供了一套系统来直接采样真实的喷泉，然后用分析得到的数据来修正sssph的模拟，从而提高虚拟现实中对于喷泉模拟结果的真实性，建模过程快捷、简单，运算复杂度降低。附图说明图1为本专利技术的示意图。图中1-水池，2-喷嘴控制器，3-计算机，4-镜架，5-摄像机，6-喷嘴，7-强光源，8-背景墙。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术实施例中，一种喷泉模拟系统，包括水池1和计算机3，所述水池1内中部设有喷嘴6，所述计算机3连接有喷嘴控制器2，喷嘴控制器2控制喷嘴6以不同初速度进行喷水，在水池1上方设有镜架4，在镜架4两端底面分别设有摄像机5，在摄像机5下方设有背景墙8，两个背景墙8与喷嘴6之间的距离相同并分别位于喷嘴6两侧，摄像机5与计算机3信号连接，计算机3同时控制两个摄像机5对不同初速度下喷嘴6喷出的水进行拍照，并将图像信息传递给计算机3生成数据组，计算机3根据数据组对喷泉进行模拟；通过摄像机5拍摄不同初速度下喷嘴6喷出水花的形状，并且将拍摄的视频进处理，获取不同初速度下喷嘴6喷出水花的数据，将数据传输至计算机3进行处理，生成一数据库，从而使得可以在计算机3上进行喷泉的逼真模拟；所述水池1内还设有一个强光源7，强光源7出光口对应其中一个背景墙8，强光源7对背景墙8进行照射，背景墙8表面采用大型漫反射幕布，强光源7发出的光线色温在6000K，两个摄像机3倾斜设置并正对喷嘴6；所述计算机3向喷嘴控制器2发射控制信号，控制信号的信号长度为一设定值，喷嘴控制器2接收控制信号后控制喷嘴6进行喷水，在发射控制信号的同时启动摄像机5进行拍摄，拍摄得到的图像信息与控制信号的强度值作为同一组对应值进行保存；具体的，因为对于类似喷泉类的流体模拟，模拟环境中最大的影响系数是喷泉喷嘴6处的初速度，本专利技术通过直接控制喷泉的喷射电压来获取不同的初速度；对于喷泉的控制系统，本专利技术输入如下的控制信号（信号幅度的单位以喷泉系统最大允许的信号幅度为1个单位）n为总样本数Si=0.9i/n；本专利技术中可以采用信号长度定为30秒，每一次信号输入之间间隔30秒的控制方式；计算机3对图像信息进行处理，获得水体光学密度，使用屏幕空间SPH算法对喷泉进行模拟，获取最佳初速度组和与每一控制信号对应的最佳力场数据并存入数据库；计算机3对图像信息进行处理，建立一二维网格，生成一水平光学密度数据；具体的，对拍摄的视频进行处理，建立二维网格估算水体光学密度；本专利技术对喷泉进行模拟，对发射口初速度数据组进行均匀采样获得一二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种喷泉模拟系统，包括水池和计算机，其特征在于，所述水池内中部设有喷嘴，所述计算机连接有喷嘴控制器，喷嘴控制器控制喷嘴以不同初速度进行喷水，在水池上方设有镜架，在镜架两端底面分别设有摄像机，在摄像机下方设有背景墙，两个背景墙与喷嘴之间的距离相同并分别位于喷嘴两侧，摄像机与计算机信号连接，计算机同时控制两个摄像机对不同初速度下喷嘴喷出的水进行拍照，并将图像信息传递给计算机生成数据组，计算机根据数据组对喷泉进行模拟；通过摄像机拍摄不同初速度下喷嘴喷出水花的形状，并且将拍摄的视频进处理，获取不同初速度下喷嘴喷出水花的数据，将数据传输至计算机进行处理，生成一数据库；所述水池内还设有一个强光源，强光源出光口对应其中一个背景墙，强光源对背景墙进行照射，背景墙表面采用大型漫反射幕布，两个摄像机倾斜设置并正对喷嘴。

【技术特征摘要】
1.一种喷泉模拟系统，包括水池和计算机，其特征在于，所述水池内中部设有喷嘴，所述计算机连接有喷嘴控制器，喷嘴控制器控制喷嘴以不同初速度进行喷水，在水池上方设有镜架，在镜架两端底面分别设有摄像机，在摄像机下方设有背景墙，两个背景墙与喷嘴之间的距离相同并分别位于喷嘴两侧，摄像机与计算机信号连接，计算机同时控制两个摄像机对不同初速度下喷嘴喷出的水进行拍照，并将图像信息传递给计算机生成数据组，计算机根据数据组对喷泉进行模拟；通过摄像机拍摄不同初速度下喷嘴喷出水花的形状，并且将拍摄的视频进处理，获取不同初速度下喷嘴喷出水花的数据，将数据传输至计算机进行处理，生成一数据库；所述水池内还设有一个强光源，强光源出光口对应其中一个背景墙，强光源对背景墙进行照射，背景墙表面采用大型漫反射幕布，两个摄像机倾斜设置并正对喷嘴。2.根据权利要求1所述的一种喷泉模拟系统，其特征在于，所述计算机向喷嘴控制器发射控制信号，控制信号的信号长度为一设定值，喷嘴控制器接收控制信号后控制喷嘴进行喷水，在发射控制信号的同时启动摄像机进行拍摄，拍摄得到的图像信息与控制信号的强度值作为同一组对应值进行保存。3.根据权利要求1所述的一种喷泉模拟系统，其特征在于，所述计算机对图像信息进行处理，建立一二维网格，生成一水平光学密度数据；具体的，对拍...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林，
申请(专利权)人：未石互动科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31