申请/专利权人：浙江工业大学

申请日：2020-03-10

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN111523271B

主分类号：G06F30/25

分类号：G06F30/25;G06F30/20;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2020.09.04#实质审查的生效;2020.08.11#公开

摘要：一种基于力的植物与雪交互模拟方法，利用粒子系统模拟降雪场景，并结合碰撞检测方法进行积雪的判断，结合碰撞检测方法进行积雪量的计算并利用计算出的积雪量计算枝条的截荷以模拟枝条的形变。本发明结合了材料力学的相关知识，保证效率的同时兼顾了一定的真实性，可以应用于降雪场景中植物的真实感模拟，为积雪下植物的模拟提供一定的参考，使雪中的虚拟标称更符合真实的情况。

主权项：1.一种基于力的植物与雪交互模拟方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1使用粒子系统模拟降雪场景，降雪场景模拟包括以下步骤：1.1每帧在一片长为a，宽为b，厚度为h，中心位于x,y,z的长方体形空间内的随机位置生成np*dt个雪粒子，其中np为每秒生成的雪粒子数，dt为从上一帧到当前帧经过的时间，单位为秒，雪粒子的速度v为0，半径r为rmin～rmax之间的随机数，质量m为其中ρ是雪的平均密度，将这np个雪粒子全部加入集合Sp中；1.2每帧在完成粒子的生成后，对Sp中的每一个雪粒子p，进行如下操作：将p的位置更新为x+v*dt，其中x为p更新前的位置；将p的速度更新为v+g*dt；检查p的位置x，若其在地面G以下，则删除p；2结合碰撞检测方法进行积雪的判断，积雪判断方法包括以下步骤：2.1按照枝条的层级关系，为植物模型建立混合包围体树，为每一个枝条的包围体设置一个计数器，并全部初始化为0；2.2每帧对于Sp中的每一个雪粒子p，在完成飘雪模拟的所有步骤后进行如下操作：判断粒子的位置p是否在树的包围盒内；若是，则继续，否则结束算法；对于每一个枝条簇的包围盒B，判断p是否在B内；若是，则记录B并进入下一步；若p不在任何一个B内，则结束算法；对于每一个B对应的枝条的包围盒RB，判断p是否在RB内；若是，则粒子与RB所对应的枝条碰撞，使粒子消亡，并使该枝条对应的计数cb增加1；3计算积雪量；4模拟枝条的形变；5模拟枝条上雪的堆积；所述步骤4中，枝条形变模拟包含以下步骤：4.1将枝条视为连接的直杆，并将“杆”视为悬臂梁来计算其弯曲，根据材料力学的相关知识，悬臂梁在载荷下的弯曲通过解挠曲线方程的方法计算得出，挠曲线方程为： 其中，Mx为弯矩方程，与截荷的形式有关；E是杨氏模量；I是惯性矩，由截面的形状决定，当截面为圆形时取x为自变量，表示梁上某点离梁根部的距离，通过解上述方程，可以得到梁在截荷下任意一点处的转角θ与挠度ω；4.2按照弯曲后的梁，重新生成枝条的顶点，对于枝条上的每一个顶点，将其绕杆上对应点旋转θ，并延与旋转后杆垂直的方向平移ω，得到顶点新的位置；所述的积雪截荷计算方法如下：雪对节间的载荷q＝Gsl，其中Gs＝msg是雪所受的重力，l是节间的长度，将雪对枝条的压力视作均布截荷，则将其代入4.1中的挠曲线方程并解微分方程即可得到节间弯曲与积雪质量的关系；所述步骤5中，枝条上的雪堆积模拟方法如下：5.1对于任意一根枝条，获取其上积雪粒子数量n，单个积雪粒子的平均质量m，积雪的平均密度ρ，枝条的平均半径r，积雪在枝条上的角度范围θ，复制积雪范围内的枝条顶点，作为积雪网格的基础顶点；5.2计算积雪的高度，积雪的体积假设雪在枝条上均匀分布，则积雪可以近似视为枝条上的长方体，其底面积则可得积雪的平均高度5.3为积雪添加高低起伏，对于积雪网格上的每一个点，使用其坐标作为种子，通过柏林噪声算法生成随机扰动值ε；5.4为积雪生成贴合地面的边缘，对于积雪网格上的每一个点，根据其在网格上的位置归一到[0,1]的范围中，得到x,y，0＝x＝1，0＝y＝1，计算5.5对于积雪网格上的每一点，其最终的高度为

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百度查询： 浙江工业大学 一种基于力的植物与雪交互模拟方法

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