一種森林場(chǎng)景的三維空間風(fēng)場(chǎng)建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及虛擬場(chǎng)景中森林場(chǎng)景中的三維空間風(fēng)場(chǎng)模型的建模。
【背景技術(shù)】
[0002] 自然界的風(fēng)場(chǎng)是一個(gè)非常復(fù)雜的力場(chǎng)。從空間分析，場(chǎng)景空間結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致場(chǎng) 景各處風(fēng)場(chǎng)各不相同。從時(shí)間上分析，某時(shí)刻場(chǎng)景中的風(fēng)之間會(huì)互相耦合，所以風(fēng)的變化規(guī) 律基本無跡可尋。故風(fēng)場(chǎng)在空間和時(shí)間上都是變化隨機(jī)的。
[0003] 當(dāng)前對(duì)風(fēng)場(chǎng)的研宄大都運(yùn)用在氣象分析、風(fēng)洞工程項(xiàng)目中。在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景渲染 中對(duì)風(fēng)場(chǎng)研宄主要采用正弦函數(shù)法和譜解法。采用正弦函數(shù)不能高精確度模擬風(fēng)場(chǎng)，對(duì)風(fēng) 場(chǎng)隨機(jī)性體現(xiàn)不明顯，并且并不能表示風(fēng)場(chǎng)空間上的差異。譜解法對(duì)風(fēng)場(chǎng)模擬有很高精度， 但是計(jì)算量大，在大型場(chǎng)景中使用不方便。這些方法都不具備普遍適用性。本發(fā)明在虛擬 現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中創(chuàng)建場(chǎng)景任意位置的風(fēng)力大小和方向，能高精度模擬風(fēng)場(chǎng)，并且計(jì)算量小，具有 普遍適用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種能夠獲取較高精度，并且計(jì)算效率高的森林場(chǎng)景的風(fēng)場(chǎng) 模型。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：利用網(wǎng)格劃分場(chǎng)景地形，求取網(wǎng)格頂點(diǎn)位置信息，進(jìn)而 根據(jù)位置求頂點(diǎn)八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方向風(fēng)力。將三維空間風(fēng)場(chǎng)分為水平空間風(fēng)場(chǎng)、豎直空間風(fēng)場(chǎng)以 及脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)建模。生成網(wǎng)格上標(biāo)準(zhǔn)方向風(fēng)力數(shù)據(jù)文件，建立差分方程實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景中每個(gè)位置 的風(fēng)力。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)方案，包括以下步驟：
[0007] 步驟（1)網(wǎng)格劃分，將場(chǎng)景地形劃分成網(wǎng)格，獲取網(wǎng)格頂點(diǎn)地形坐標(biāo)信息。
[0008] 步驟（2)計(jì)算水平平面風(fēng)場(chǎng)，根據(jù)地形坐標(biāo)信息，計(jì)算場(chǎng)景網(wǎng)格頂點(diǎn)的水平平面 上的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)場(chǎng)大小。生成八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸入方向水平平面風(fēng)場(chǎng)，利用差分方程獲取場(chǎng)景任意位 置水平風(fēng)力。
[0009] 步驟（3)計(jì)算豎直平面風(fēng)場(chǎng)，根據(jù)任意位置水平平面風(fēng)力大小計(jì)算該位置在豎直 平面的不同高度的風(fēng)力大小。
[0010] 步驟（4)計(jì)算脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)，采用柏林噪聲函數(shù)生成隨機(jī)數(shù)序列，利用插值函數(shù)和差 分方程計(jì)算每時(shí)刻脈動(dòng)風(fēng)變化軌跡。
[0011] 步驟（5)合成三維空間風(fēng)場(chǎng)。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有：
[0013] 1)本發(fā)明可獲取場(chǎng)景任意位置的實(shí)時(shí)風(fēng)力，能較高精度模擬場(chǎng)景風(fēng)場(chǎng)。并且本發(fā) 明通過生成標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)文件，極大提高計(jì)算效率。
[0014] 2)本發(fā)明對(duì)森林場(chǎng)景風(fēng)場(chǎng)建模，建模方法具有較強(qiáng)的通用性，可適用于山巒、草地 等地形地貌場(chǎng)景。
【附圖說明】
[0015] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0016] 圖1是森林場(chǎng)景三維空間風(fēng)場(chǎng)建模流程圖。
[0017] 圖2是場(chǎng)景地形劃分示意圖。
[0018] 圖3是頂點(diǎn)受周圍風(fēng)力影響示意圖。
[0019] 圖4是場(chǎng)景任意位置與網(wǎng)格關(guān)系不意圖。
[0020] 圖5是標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)場(chǎng)示意圖。
[0021] 圖6是豎直平面風(fēng)廓線示意圖圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明：
[0023] 如圖1所示，為本發(fā)明對(duì)森林場(chǎng)景三維空間風(fēng)場(chǎng)的建模流程，對(duì)本發(fā)明建模方法 進(jìn)一步描述如下：
[0024] 步驟（1)如圖2所示，對(duì)場(chǎng)景地形進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選取能夠體現(xiàn)地形起伏情況的網(wǎng) 格間隔，從地形中獲取網(wǎng)格頂點(diǎn)的坐標(biāo)信息Pu (X，y，Z)，（X，y，z)為頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，i，j 分別為網(wǎng)格的行和列下標(biāo)，確定頂點(diǎn)位置。
[0025] 步驟（2)計(jì)算水平平面風(fēng)場(chǎng)，在完成地形網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)上建立水平面風(fēng)場(chǎng)，如 圖2所示，水平風(fēng)場(chǎng)需創(chuàng)建八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方向風(fēng)場(chǎng)，具體建模步驟如下：
[0026] 步驟（2. 1)如圖3所示，以標(biāo)準(zhǔn)輸入風(fēng)向IF(0. 0, 1. 0, 0. 0)為例，網(wǎng)格頂點(diǎn)風(fēng)力受 其上游相鄰頂點(diǎn)風(fēng)力影響，距離越遠(yuǎn)處影響因素越低，令當(dāng)前頂點(diǎn)風(fēng)力受其上面三個(gè)頂點(diǎn) 風(fēng)力共同影響，遠(yuǎn)處頂點(diǎn)影響因素為零，可以得到P〇int(i，j)的風(fēng)力公式如下：
[0027] F = 0.25 * F *A + 0.5*F * B+ 025* F *C (I)
[0028] 上式中參數(shù)0. 25、0. 5為頂點(diǎn)間相關(guān)參數(shù)，當(dāng)前參數(shù)為頂點(diǎn)只受三個(gè)頂點(diǎn)影響時(shí) 參數(shù)，參數(shù)A，B，C是每個(gè)頂點(diǎn)的地形影響因子，這個(gè)值與頂點(diǎn)高度差值相關(guān)，可得到A，B，C 參數(shù)表達(dá)式如下：
[0029] A = 0· 3* (Pi, j. z () -Ρη，η. z ()) /dir+lA = 0· 4* (Pi, j. z () -Ρη，η. z ()) /dir+1
[0030] B = 0· 3*的，』· z O-Ph，』· z ())/dir+l 或 B = 0· 4*的，』· z O-Ph，』· z ())/dir+l (2)
[0031 ] C = 0· 3* (Pi,』· z () -Ph，j+1. z ()) /dir+lC = 0· 4* (Pi,』· z () -Ph，j+1. z ()) /dir+1
[0032] 上式參數(shù)取值原因?yàn)樯掀聲r(shí)風(fēng)速變化比下坡風(fēng)速變化慢，如果高度差值為正值， 取前一項(xiàng)參數(shù)，反之取后一項(xiàng)，式中dir參數(shù)為地形的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)差值，使整個(gè)風(fēng)力大 小改變30% -40%左右。
[0033] 步驟（2. 2)如圖4所示，場(chǎng)景中任意一點(diǎn)位置總在一個(gè)基本網(wǎng)格之間，獲取該點(diǎn)和 其周圍四個(gè)網(wǎng)格頂點(diǎn)的坐標(biāo)信息及網(wǎng)格頂點(diǎn)水平風(fēng)力信息，插值計(jì)算
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種針對(duì)森林場(chǎng)景=維空間風(fēng)場(chǎng)的建模方法，求取整個(gè)場(chǎng)景任意位置的實(shí)時(shí)風(fēng)力大 小和方向，其特征在于，該方法對(duì)場(chǎng)景整體風(fēng)場(chǎng)分塊建模，由水平平面風(fēng)場(chǎng)、豎直平面風(fēng)場(chǎng) 和脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)構(gòu)成。并通過八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸入風(fēng)場(chǎng)生成數(shù)據(jù)文件，實(shí)時(shí)生成場(chǎng)景表面任意位置和 任意高度的風(fēng)場(chǎng)。
2. 依據(jù)權(quán)力要求1所述的場(chǎng)景整體風(fēng)場(chǎng)分塊建模，其特征在于豎直平面風(fēng)場(chǎng)W水平平 面風(fēng)場(chǎng)為基本輸入，而脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)W前兩個(gè)風(fēng)場(chǎng)為基礎(chǔ)，該=種模型相互關(guān)系緊密，可高效組 成整體風(fēng)場(chǎng)。
3. 依據(jù)權(quán)力要求1所述的生成八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸入風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)文件，其特征在于考慮場(chǎng)景實(shí)時(shí) 輸入的風(fēng)場(chǎng)方向變化無端，由標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)場(chǎng)高精度模擬任意方向的實(shí)時(shí)輸入風(fēng)場(chǎng)，并且實(shí)時(shí)生 成場(chǎng)景任意位置和高的風(fēng)場(chǎng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種森林場(chǎng)景的三維空間風(fēng)場(chǎng)建模方法，該方法針對(duì)森林場(chǎng)景地形下的風(fēng)場(chǎng)建模，本發(fā)明采用方法將場(chǎng)景地形網(wǎng)格劃分，將連續(xù)風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)化為離散的網(wǎng)格頂點(diǎn)風(fēng)場(chǎng)計(jì)算，然后將場(chǎng)景風(fēng)場(chǎng)分為水平平面平均風(fēng)場(chǎng)、豎直平面平均風(fēng)場(chǎng)和脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)分別建模，根據(jù)頂點(diǎn)地形信息確定頂點(diǎn)平均風(fēng)力。本發(fā)明采用柏林噪聲函數(shù)模擬脈動(dòng)風(fēng)，對(duì)脈動(dòng)風(fēng)的隨機(jī)性有較高精度的模擬。本發(fā)明采用八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸入風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)文件計(jì)算場(chǎng)景任意方向的實(shí)時(shí)輸入風(fēng)場(chǎng)，有效地降低了場(chǎng)景復(fù)雜度，很大程度提高了計(jì)算效率。
【IPC分類】G06T17-05
【公開號(hào)】CN104680584
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510064872
【發(fā)明人】賈慶軒, 代柱亮, 宋荊洲, 孫漢旭, 李旭龍
【申請(qǐng)人】北京郵電大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月6日