專利名稱：真實感地表形變模型生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機圖形學(xué)領(lǐng)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(shù)：
動態(tài)地形可視化系統(tǒng)中的地表形變模型是指用數(shù)學(xué)或物理的方法對地表由于與地面上的物體相互作用而產(chǎn)生的形變所做的抽象描述。在動態(tài)地形可視化系統(tǒng)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采樣、近似等手段，生成可以由動態(tài)地形可視化系統(tǒng)所表現(xiàn)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(tài)地形可視化系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊(見

圖1)，對系統(tǒng)的渲染效果與性能產(chǎn)生重要影響。在真實的場景中，由于地面不是剛性表面，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(fā)生形變；發(fā)生形變之后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后又會造成新的形變。這一過程十分復(fù)雜，涉及物理學(xué)中力學(xué)、運動學(xué)等領(lǐng)域的內(nèi)容，不適合對于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于模型所模擬的現(xiàn)象的物理特性，采用牛頓定律、流體力學(xué)、粒子系統(tǒng)、守恒定律等多種理論創(chuàng)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，計算過程復(fù)雜。由于大多數(shù)模型生成算法都關(guān)注于模型與所模擬現(xiàn)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?yún)?shù)，且表達式通常非常復(fù)雜；2、涉及范圍較廣，但針對性不強。在當(dāng)前流行的地表形變建模方法中，有的算法關(guān)注土壤粒子在地表發(fā)生形變時的滑落過程；有的算法關(guān)注土壤在挖掘機的挖掘、推動、擠壓等各種操作下所呈現(xiàn)的不同形態(tài)；有的算法關(guān)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(tài)及運動狀態(tài)。由于動態(tài)地形可視化系統(tǒng)的重點是對地形高程數(shù)據(jù)進行建模，如果在系統(tǒng)中添加過多的與地形高程數(shù)據(jù)無關(guān)的因素，反而會降低系統(tǒng)的運行效率；3、沒有明確提出地表形變模型的影響范圍。當(dāng)前流行的地表形變建模方法在建模過程中應(yīng)用了力學(xué)、運動學(xué)、粒子系統(tǒng)、守恒定律等多種理論，以盡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(guān)注物體與地面相互作用時所影響到的地表的范圍，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(jù)物體和地表的形狀、物理特性、運動特性等特征確定受力點的具體位置，因此，確定地表形變模型的影響范圍是對地表形變進行建模的一個關(guān)鍵步驟。綜上可知，在構(gòu)建地表形變模型的過程中，需要根據(jù)較少的輸入?yún)?shù)實時地確定地形表面受影響的區(qū)域以及該區(qū)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(fā)明內(nèi)容
基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種真實感地表形變模型生成方法。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)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范圍，原始地形表面各點的坐標(biāo)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(shù)據(jù)，生成形變所影響區(qū)域的地形高程值；4)調(diào)整發(fā)生形變所影響區(qū)域的地形網(wǎng)格的分辨率；5)調(diào)整發(fā)生形變所影響區(qū)域的地形網(wǎng)格的紋理、光照信息；6)重新渲染地形所影響區(qū)域的網(wǎng)格模型，生成真實感的地表形變模型。所述步驟1)的形變?yōu)榍蝮w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(quán)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范圍，原始地形表面各點的坐標(biāo)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(shù)據(jù)，生成形變所影響區(qū)域的地形高程值；4)調(diào)整發(fā)生形變所影響區(qū)域的地形網(wǎng)格的分辨率；5)調(diào)整發(fā)生形變所影響區(qū)域的地形網(wǎng)格的紋理、光照信息；6)重新渲染地形所影響區(qū)域的網(wǎng)格模型，生成真實感的地表形變模型。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在干，所述步驟1)的形變?yōu)榍蝮w形變或者橢球體 形變。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在干，所述球體的表達式 為
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在干，所述球體形變的影響范圍表示為
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在干，所述球體形變的形變量表示為
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，對球體或者橢球體表面進行基于隨機中點 位移算法的隨機擾動。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在干，所述步驟1)中的形變?yōu)檫\動物體引起的帶 狀曲線形變。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在干，如果物體的速度為0，物體引起的帯狀曲線 形變影響地表范圍為0 ；如果物體的速度為Vi = UiA)，那么為水平面上垂直于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,影響地表范圍表示為
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在干，所述物體為輪胎，產(chǎn)生的形變量為
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在干，所述步驟1)中的形變?yōu)榉忾]曲線產(chǎn)生的形
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述封閉曲線為人的腳印，采用橢圓形作為腳印輪廓的基本形狀，并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(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，人的腳印產(chǎn)生的形變量為Ay=am, a 為形變系數(shù)，m為產(chǎn)生腳印的人的質(zhì)量。
全文摘要
本本發(fā)明提供了一種真實感地表形變模型生成方法，屬于計算機圖形學(xué)的范疇。包括以下步驟1)確定各種形變所影響的地表范圍；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(shù)據(jù)，生成形變所影響區(qū)域的地形高程值；4)調(diào)整發(fā)生形變所影響區(qū)域的地形網(wǎng)格的分辨率；5)調(diào)整發(fā)生形變所影響區(qū)域的地形網(wǎng)格的紋理、光照信息；6)重新渲染地形所影響區(qū)域的網(wǎng)格模型，生成真實感的地表形變模型。本發(fā)明提供的地表形變模型生成方法可以用于地形可視化仿真領(lǐng)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(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者呂品, 張潔, 鄭昌文 申請人:中國科學(xué)院軟件研究所