【技术实现步骤摘要】
一种虚实融合的数字孪生流体现象模拟方法
[0001]本公开的实施例涉及基于混合现实的流体仿真与交互
,具体涉及一种虚实融合的数字孪生流体现象模拟方法
。
技术介绍
[0002]传统基于计算机图形学的流体仿真与交互应用常常完全在虚拟仿真环境中进行,不具备对真实场景的感知和融合能力;同时,受限于物理系统的求解效率和渲染精度,仿真应用多采用离线计算的方式,渲染输出序列图像并生成动画,对于用户的交互反馈和控制能力较弱
。
[0003]相比于复刻场景细致的几何结构,流体交互场景孪生重建更侧重于系统的实时性和鲁棒性,需要在复杂场景中快速实时的抽取仿真边界几何特征,并在低纹理
、
变化光照
、
传感器快速移动的情况下维持跟踪系统的稳定运行,是需要解决的问题;此外,如何在重建中快速准确的跟踪和提取交互平面结构甚至是语义信息,也是支持更加真实智能的流体仿真应用的重要任务
。
在混合现实环境中复现与真实场景行为一致的流体并能实现基于物理的建模与演化仍然面临一系列问题和挑战
。
首先,采用什么手段捕获真实场景的流体数据
、
采集哪些数据,需要根据实际应用场景而定;其次,如何打破传统迭代优化方法从连续表面几何或连续密度场推断速度场的高时耗
、
低精度的局限,即从采集的数据中实时恢复全部流场数据也是一项具有挑战性的难题;最后,如何快速地从观测到的数据中获得影响流体行为的物理属性,进而为基于物理的流体动态演化仿真提供支持 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种虚实融合的数字孪生流体现象模拟方法,包括:采集室内场景深度图和室内场景
RGB
图,以及根据所述室内场景
RGB
图,对所述室内场景深度图进行补全处理,以生成补全后室内场景深度图;根据所述室内场景
RGB
图,对三维场景点云进行重建,以及确定所述三维场景点云的点云语义;基于物理感知,对三维流体场景进行逆向孪生构建,以生成孪生流体场景;根据人体躯干骨骼运动和手部骨骼运动,不断更新地计算追踪帧数据组;控制传感器对真实场景进行测量,获取真实环境颜色信息,以及在孪生流体场景中建立若干虚拟光源以对真实光场信息进行模拟,以进行数字孪生流体场景的展示
。2.
根据权利要求1所述的方法,其中,所述采集室内场景深度图和室内场景
RGB
图,以及根据所述室内场景
RGB
图,对所述室内场景深度图进行补全处理,以生成补全后室内场景深度图,包括:连续采集室内场景的室内场景深度图和室内场景
RGB
图,将室内场景深度图上有效的深度信息作为先验,利用室内场景
RGB
图显示的颜色信息提供的几何范围约束,通过卷积神经网络将特征融合入自编码器的图像重建过程,生成完整补全后的室内场景深度图,以提升深度信息质量
。3.
根据权利要求1所述的方法,其中,所述根据所述室内场景
RGB
图,对三维场景点云进行重建,以及确定所述三维场景点云的点云语义,包括:利用并行计算在室内场景
RGB
图上提取分布合理的
ORB
特征及
ORB
特征的邻域范围,通过二维卷积神经网络,提取多层次
RGB
‑
D
图像对的高维特征;根据补全后室内场景深度图获取特征点和邻域的深度信息,通过特征和邻域几何分布信息对相邻帧特征进行匹配关联,再通过
N
点透视法和最近点迭代法分别计算
2D
‑
3D
和
3D
‑
3D
空间特征匹配情况下的相机位姿,优化函数分别为:空间特征匹配情况下的相机位姿,优化函数分别为:其中,
u
i
是三维特征点
p
i
在图像坐标系下的二维坐标值,是在不同视角下与
p
i
关联的三维特征,
K
为相机内参矩阵,
T
为相机外参矩阵,
T
*
即优化后求得的传感器位姿,为的2‑
范数的平方;根据图像清晰程度和运动范围进行关键图像帧的提取和世界坐标系下的位姿预测,并通过复原的高质量深度信息,将关键帧像素点通过并行计算投影至三维空间构成稠密点云;利用体素滤波的方式并行更新和融合不同视角下的离散表达,得到重建的三维场景点云初始表达;
通过图神经网络模型对初始点云编码几何
‑
语义特征,使用几何补全解码器和语义分类解码器分别预测完整几何信息和点云语义类别
。4.
根据权利要求1所述的方法,其中,所述基于物理感知,对三维流体场景进行逆向孪生构建,以生成孪生流体场景,包括:将流体表面高度场时序序列
h<...
【专利技术属性】
技术研发人员:高阳,刘雪梅,郝爱民,李瑾,
申请(专利权)人:华北水利水电大学,
类型:发明
国别省市:
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