真實感地表形變模型生成方法
2023-06-21 20:05:36 2
專利名稱：真實感地表形變模型生成方法
技術領域：
本發明屬於計算機圖形學領域，涉及真實感地表形變模型生成方法，具體包括了彈坑模型、車轍模型和腳印模型。
背景技術：
動態地形可視化系統中的地表形變模型是指用數學或物理的方法對地表由於與地面上的物體相互作用而產生的形變所做的抽象描述。在動態地形可視化系統中，常用的地表形變模型包括彈坑、車轍、腳印等。地表形變模型生成算法通過採樣、近似等手段，生成可以由動態地形可視化系統所表現的與真實的彈坑、車轍、腳印等具有相似形狀和屬性的模型。真實感地表形變模型生成算法作為動態地形可視化系統中的關鍵模塊(見
圖1)，對系統的渲染效果與性能產生重要影響。在真實的場景中，由於地面不是剛性表面，與地面接觸的物體也不是剛體，所以在物體與地面相互作用的過程中，地面和物體都會發生形變；發生形變之後的地面和物體之間的作用力與反作用力的大小和方向由形變位置、形變程度和形變方向所決定，而這些作用力與反作用力作用到地面和物體上之後又會造成新的形變。這一過程十分複雜，涉及物理學中力學、運動學等領域的內容，不適合對於實時性要求較高的仿真建模。目前，對地表形變模型的仿真多是著眼於模型所模擬的現象的物理特性，採用牛頓定律、流體力學、粒子系統、守恆定律等多種理論創建地表形變模型的表達式。這些地表形變模型的主要特點有1、計算量大，計算過程複雜。由於大多數模型生成算法都關注於模型與所模擬現象之間物理特性的匹配程度，計算地形高度形變量時往往需要多個輸入參數，且表達式通常非常複雜；2、涉及範圍較廣，但針對性不強。在當前流行的地表形變建模方法中，有的算法關注土壤粒子在地表發生形變時的滑落過程；有的算法關注土壤在挖掘機的挖掘、推動、擠壓等各種操作下所呈現的不同形態；有的算法關注引起地表形變的物體(如推土機)的各種操作，從而獲得土壤粒子的各種受力狀態及運動狀態。由於動態地形可視化系統的重點是對地形高程數據進行建模，如果在系統中添加過多的與地形高程數據無關的因素，反而會降低系統的運行效率；3、沒有明確提出地表形變模型的影響範圍。當前流行的地表形變建模方法在建模過程中應用了力學、運動學、粒子系統、守恆定律等多種理論，以儘可能精確地計算地表的形變量，從而建立很強真實感的模型和仿真過程。但是，很少有算法關注物體與地面相互作用時所影響到的地表的範圍，也就是說，大部分算法往往只涉及計算地表受力點處的形變量，但沒有明確的方法根據物體和地表的形狀、物理特性、運動特性等特徵確定受力點的具體位置，因此，確定地表形變模型的影響範圍是對地表形變進行建模的一個關鍵步驟。綜上可知，在構建地表形變模型的過程中，需要根據較少的輸入參數實時地確定地形表面受影響的區域以及該區域的高程值的形變量。同時，要求地表形變模型具有較強的真實感。
發明內容
基於現有技術中存在的問題，本發明提供了一種真實感地表形變模型生成方法。為了實現本發明的目的，採用的技術方案概述如下一種真實感地表形變模型生成方法，包括以下步驟1)確定各種形變所影響的地表範圍，原始地形表面各點的坐標為(x，y，z)，2)確定各種形變的形變量；3)融合地表形變量與原始的地形數據，生成形變所影響區域的地形高程值；4)調整發生形變所影響區域的地形網格的解析度；5)調整發生形變所影響區域的地形網格的紋理、光照信息；6)重新渲染地形所影響區域的網格模型，生成真實感的地表形變模型。所述步驟1)的形變為球體形變或者橢球體形變。所述球體的表達式為=1，所述橢球體的表達式
權利要求
1.ー種真實感地表形變模型生成方法，包括以下步驟1)確定各種形變所影響的地表範圍，原始地形表面各點的坐標為(X，y，z)，2)確定各種形變的形變量；3)融合地表形變量與原始的地形數據，生成形變所影響區域的地形高程值；4)調整發生形變所影響區域的地形網格的解析度；5)調整發生形變所影響區域的地形網格的紋理、光照信息；6)重新渲染地形所影響區域的網格模型，生成真實感的地表形變模型。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在幹，所述步驟1)的形變為球體形變或者橢球體 形變。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在幹，所述球體的表達式 為
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在幹，所述球體形變的影響範圍表示為
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在幹，所述球體形變的形變量表示為
6.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，對球體或者橢球體表面進行基於隨機中點 位移算法的隨機擾動。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在幹，所述步驟1)中的形變為運動物體引起的帶 狀曲線形變。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在幹，如果物體的速度為0，物體引起的帯狀曲線 形變影響地表範圍為0 ；如果物體的速度為Vi = UiA)，那麼為水平面上垂直於Vi的 向量，n±i為與Vi垂直的且χ軸分量為非負值的單位向量，物體與地面相交線段的中點為 Pi,端點分別為Ai和Bi,影響地表範圍表示為
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在幹，所述物體為輪胎，產生的形變量為
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在幹，所述步驟1)中的形變為封閉曲線產生的形
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述封閉曲線為人的腳印，採用橢圓形作為腳印輪廓的基本形狀，並在橢圓中部偏下的部分加入雙曲線的形狀，生成最終的腳印輪廓。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，人的腳印產生的形變量為Ay=am, a 為形變係數，m為產生腳印的人的質量。
全文摘要
本本發明提供了一種真實感地表形變模型生成方法，屬於計算機圖形學的範疇。包括以下步驟1)確定各種形變所影響的地表範圍；2)確定各種形變的形變量；3)融合地表形變量與原始的地形數據，生成形變所影響區域的地形高程值；4)調整發生形變所影響區域的地形網格的解析度；5)調整發生形變所影響區域的地形網格的紋理、光照信息；6)重新渲染地形所影響區域的網格模型，生成真實感的地表形變模型。本發明提供的地表形變模型生成方法可以用於地形可視化仿真領域，在提高計算效率與真實感方面都有較大幫助。
文檔編號G06T17/05GK102568032SQ20101058162
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者呂品, 張潔, 鄭昌文 申請人:中國科學院軟體研究所