專利名稱：一種粒子特效的可視化合成系統與方法
技術領域：
本發明屬于虛擬現實技術領域，尤其涉及一種粒子特效的可視化合成系統及方法。
背景技術：
粒子特效是為模擬現實中的水、火、霧、氣等效果由各種三維軟件開發的制作模塊，是將無數的單個粒子組合使其呈現出固定形態，借由控制器，腳本來控制其整體或單個的運動，模擬出現真實的效果。粒子系統作為虛擬現實技術中的一個重要分支，能夠很好的模擬不規則的自然運動，充分表現出模糊物體運動的隨機性。粒子系統的實現出現了各種不同的方法。從最開始一種算法模擬一種自然運動，到后來的粒子屬性參數法，其應用越來
越廣泛，效果也越來越逼真。從最開始科幻電影中的特效渲染，到現在的電腦游戲場景設置，粒子系統為我們的工作和生活帶來了更多視覺上的享受。然而，如果每需要模擬一種自然景觀，就去研究一種粒子系統的實現算法，必定耗時耗力，其靈活性和擴展性都受到了一定的限制，相應的也會增加實現的成本。而粒子屬性參數設置法，雖然在一定程度上實現了擴展，能夠通過一個系統實現多種粒子特效。但是其運動變化軌跡控制不夠靈活，在真實性上略顯不足，不能滿足人們對于虛擬現實的要求。另外，當前對于粒子系統的研究要么是學者自己實現一種算法，模擬一種自然運動，要么是設置幾項粒子屬性，通過參數設置控制粒子的運動。很少能夠滿足用戶自己實現復雜粒子特效的需求。即粒子系統實現的主動權沒有交到用戶手中。因此，本文總結以往粒子系統研究的經驗，致力于實現一種真實通用的粒子系統，能夠根據用戶的需求實時渲染出復雜多變的自然場景。
發明內容
針對現有技術中實現粒子特效的特例法效率低下，粒子屬性參數設置法又真實性上略顯不足的技術問題，本發明提供了一種粒子特效的可視化合成系統及方法。本發明的技術方案如下
一種粒子特效的可視化合成方法，其具體包含以下步驟
步驟1，粒子模型部件根據粒子特效效果特征，建立粒子特效的幾何模型；然后建立初等特效模型，并將初等特效模型的各個參數寫入參數緩存表，創建實體-模型參數對照表；步驟2，粒子模型部件將步驟I中的幾何模型網格化，建立基于網格的粒子模型，并將基于網格的粒子模型發送給矩陣轉換部件；
步驟3，矩陣轉換部件接受基于網格的粒子模型，矩陣轉換部件對基于網格的粒子模型進行矩陣轉化，形成網格-矩陣模型，并把網格-矩陣模型交予可視化配置部件；
步驟4，可視化配置部件接受網格-矩陣模型，可視化配置部件的虛擬渲染模塊響應，劃分虛擬渲染執行區，執行渲染；
步驟5，虛擬渲染執行模塊執行渲染，激活動態監控部件，建立監視器對象，監視粒子數據緩沖池，動態監測數據變化；
步驟6，特效合成部件同時設置時序同步器，實現特效合成。優選地，上述建立粒子特效的幾何模型具體為利用線框建模方法建立一個面包圍的封閉空間，形成正則形體。優選地，上述初等特效模型利用表面建模方法中的組合曲面建立。優選地，上述方法還包括建立渲染堆對象，然后遍歷實體-模型參數對照表，對粒子模型矩陣中每個單元的粒子對象屬性進行初始化，形成初始渲染對象；最后渲染堆掃描區域-特效索引表，完成粒子特效的動態渲染；設置粒子數據緩沖區，設置緩沖區數據變化標識。本發明還公開了一種粒子特效的可視化系統，所述系統包括粒子模型部件、矩陣轉換部件、特效合成部件、可視化配置部件；
所述粒子模型部件用于根據粒子特效效果特征，建立粒子特效的幾何模型；然后建立初等特效模型，并將初等特效模型的各個參數寫入參數緩存表，創建實體-模型參數對照表；所述粒子模型部件將幾何模型網格化，建立基于網格的粒子模型，并將基于網格的粒子模型發送給矩陣轉換部件；
所述矩陣轉換部件用于接受基于網格的粒子模型，矩陣轉換部件對基于網格的粒子模型進行矩陣轉化，形成網格-矩陣模型，并把網格-矩陣模型交予可視化配置部件；
所述可視化配置部件用于接受網格-矩陣模型，可視化配置部件的虛擬渲染模塊響應，劃分虛擬渲染執行區，執行渲染；虛擬渲染執行模塊執行渲染，激活動態監控部件，建立監視器對象，監視粒子數據緩沖池，動態監測數據變化；
所述特效合成部件用于同時設置時序同步器，實現特效合成。優選地，上述建立粒子特效的幾何模型具體為利用線框建模方法建立一個面包圍的封閉空間，形成正則形體。優選地，上述初等特效模型利用表面建模方法中的組合曲面建立。優選地，上述系統還包括建立渲染堆對象，然后遍歷實體-模型參數對照表，對粒子模型矩陣中每個單元的粒子對象屬性進行初始化，形成初始渲染對象；最后渲染堆掃描區域-特效索引表，完成粒子特效的動態渲染；設置粒子數據緩沖區，設置緩沖區數據變化標識。與現有技術相比，本發明提出的技術方案有如下有益效果用戶可以方便的使用本系統對粒子的特效進行編輯；各個模塊相互獨立并可以自由組裝；通過自由組裝可以模擬各種粒子特效，并提高渲染真實度。
圖I為粒子特效的可視化合成方法的流程圖。圖2為為粒子特效的可視化合成系統的總體結構框圖。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例，對本發明進行進一步的詳細說明。本發明公開的粒子特效的可視化合成方法，其具體包含以下步驟步驟1，粒子模型部件根據粒子特效效果特征，建立粒子特效的幾何模型；然后建立初等特效模型，并將初等特效模型的各個參數寫入參數緩存表，創建實體-模型參數對照表；步驟2，粒子模型部件將步驟I中的幾何模型網格化，建立基于網格的粒子模型，并將基于網格的粒子模型發送給矩陣轉換部件；
步驟3，矩陣轉換部件接受基于網格的粒子模型，矩陣轉換部件對基于網格的粒子模型進行矩陣轉化，形成網格-矩陣模型，并把網格-矩陣模型交予可視化配置部件；
步驟4，可視化配置部件接受網格-矩陣模型，可視化配置部件的虛擬渲染模塊響應，劃分虛擬渲染執行區，執行渲染；
步驟5，虛擬渲染執行模塊執行渲染，激活動態監控部件，建立監視器對象，監視粒子數據緩沖池，動態監測數據變化；
步驟6，特效合成部件同時設置時序同步器，實現特效合成。
本發明提供了一個交互式的粒子特效編輯方法，用戶可以方便的使用本系統對粒子的特效進行編輯；各個模塊相互獨立并可以自由組裝；通過自由組裝可以模擬各種粒子特效，并提高渲染真實度。通過步驟1-3可以完成對于各種粒子特效的模型的建立，實現特效特征的參數提取，完成特效的計算；通過步驟4根據計算的數據，調用圖形庫完成特效渲染；通過步驟5接收外部數據，實現對特效的編輯達到用戶預期效果；通過步驟6將步驟1-5完成的各種基本特效進行合成，形成一個高級特效，使得可以模擬各種粒子特效。步驟1-3我們對粒子特效進行空間網格的劃分，將粒子特效的計算細化到每一個網格單元，使得粒子特效更加精細，提高了渲染真實度。參見圖I所示的粒子特效的可視化合成方法的流程圖，首先建立粒子特效幾何模型，首先根據粒子特效效果提取效果特征，利用線框建模方法建立一個面包圍的封閉空間形成具有良好邊界的正則形體；然后利用表面建模方法中的組合曲面建立初等特效模型，并將模型各個參數寫入參數緩存表，創建實體-模型參數對照表，保存到緩存區；然后根據粒子特效的效果以及特征，選擇合適密度的網格，將粒子幾何模型網格化，并分析各個網格區域的特點，結合效果特征，對不同網格區域進行處理，并創建區域-特效索引表；然后將網格化的粒子模型用矩陣存儲起來，每一個矩陣對應一個網格對象，每個網格對象對應一個粒子單元，建立網格-矩陣模型。從內存中劃分一塊區域作為渲染數據緩存區，建立發射器對象并保存到數據緩沖區；建立渲染堆對象，然后遍歷創建實體-模型參數對照表，對粒子模型矩陣中每個單元的粒子對象屬性進行初始化，形成初始渲染對象；最后渲染堆掃描區域-特效索引表，完成粒子特效的動態渲染；設置粒子數據緩沖區，設置緩沖區數據變化標識；創建監視器對象，監視器實時監視緩沖區數據變化標識，以此監視外數據的變化，實現粒子特效的可視化編輯。設置一個時序同步器，確保合成后的特效按照統一的時間順序產生和消亡。優選地，所述建立粒子特效的幾何模型具體為利用線框建模方法建立一個面包圍的封閉空間，形成正則形體。形體上任何一點的足夠小的領域在拓撲上應是一個等價的封閉圈，即圍繞該點的形體鄰域在二維空間中可構成一個單連通域，如此保證了幾何模型的可靠性和可加工性。優選地，所述初等特效模型利用表面建模方法中的組合曲面建立。快速建立一個初等特效幾何模型。
優選地，所述方法還包括建立渲染堆對象，然后遍歷實體-模型參數對照表，對粒子模型矩陣中每個單元的粒子對象屬性進行初始化，形成初始渲染對象；最后渲染堆掃描區域-特效索引表，完成粒子特效的動態渲染；設置粒子數據緩沖區，設置緩沖區數據變化標識。本發明還公開了一種粒子特效的可視化合成系統，其具體包括粒子模型部件、矩陣轉換部件、可視化配置部件、特效合成部件；
圖2為粒子特效的可視化合成系統的總體結構框圖。下面將結合附圖2，具體介紹本發明系統的各個組成部件及其具體實現
粒子模型部件的組成結構包括粒子屬性模塊、粒子發射器模塊、渲染模塊以及zone模塊；粒子屬性模塊建立基于圖形結構的粒子模型，首先將粒子模型的全部屬性代碼進行分類，并且封裝為接口 ；然后根據基于網格的粒子模型分析所需屬性，選擇并調用屬性接口，組裝形成粒子模型。粒子發射器模塊首先將發射器分為普通發射器、直線發射器、球形 發射器和隨機發射器四種類型，并封裝；根據粒子特效渲染的特點，選擇相應的發射器類型，調整發射器屬性參數，形成發射器模型。渲染模塊將渲染方式分為點渲染，線渲染和圖片渲染三種，并且分別封裝為接口 ；根據粒子特效所需要的效果，選擇渲染方式并且初始化屬性，形成渲染模型。zone模塊首先粒子特效形狀抽象為線形、點狀、環形以及球狀四種方式，并封裝為接口 ；分析粒子特效，調用相應的接口并調整粒子特效的范圍。矩陣轉換部件的組成結構包括矩陣轉換模塊和矩陣計算模塊；矩陣轉換模塊對網格粒子模型進行矩陣轉化，首先將網格化的粒子模型用矩陣存儲起來，每一個矩陣對應一個網格對象，每個網格對象對應一個粒子單元，建立網格-矩陣模型。矩陣計算模塊，運用矩陣基本運算實現網格-矩陣模型的計算。可視化配置部件包括動態監控模塊和虛擬渲染模塊；動態監控模塊建立監視器對象，首先設置粒子數據緩沖區，設置緩沖區數據變化標識；創建監視器對象，監視器實時監視緩沖區數據變化標識，以此監視外數據的變化，實現粒子特效的可視化編輯。虛擬渲染模塊劃分虛擬渲染執行區，從內存中劃分一塊區域作為渲染數據緩存區，建立粒子特效對象并保存到數據緩沖區。特效合成部件將多個需要合成的簡單粒子特效統一到一個虛擬渲染執行區內，并提供一個時序同步器，確保特效按照統一的時間順序產生和消亡，最終形成一個穩定炫麗的粒子特效。這里已經通過具體的實施例子對本發明進行了詳細描述，提供上述實施例的描述為了使本領域的技術人員制造或適用本發明，這些實施例的各種修改對于本領域的技術人員來說是容易理解的。本發明并不限于這些例子，或其中的某些方面。本發明的范圍通過附加的權利要求進行詳細說明。上述說明示出并描述了本發明的一個優選實施例，但如前所述，應當理解本發明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環境，并能夠在本文所述發明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和范圍，則都應在本發明所附權利要求的保護范圍內。
權利要求
1.一種粒子特效的可視化合成方法，其具體包含以下步驟 步驟1，粒子模型部件根據粒子特效效果特征，建立粒子特效的幾何模型；然后建立初等特效模型，并將初等特效模型的各個參數寫入參數緩存表，創建實體-模型參數對照表；步驟2，粒子模型部件將步驟I中的幾何模型網格化，建立基于網格的粒子模型，并將基于網格的粒子模型發送給矩陣轉換部件； 步驟3，矩陣轉換部件接受基于網格的粒子模型，矩陣轉換部件對基于網格的粒子模型進行矩陣轉化，形成網格-矩陣模型，并把網格-矩陣模型交予可視化配置部件； 步驟4，可視化配置部件接受網格-矩陣模型，可視化配置部件的虛擬渲染模塊響應，劃分虛擬渲染執行區，執行渲染； 步驟5，虛擬渲染執行模塊執行渲染，激活動態監控部件，建立監視器對象，監視粒子數據緩沖池，動態監測數據變化； 步驟6，特效合成部件同時設置時序同步器，實現特效合成。
2.如權利要求I所述的粒子特效的可視化合成方法，其特征在于所述建立粒子特效的幾何模型具體為利用線框建模方法建立一個面包圍的封閉空間，形成正則形體。
3.如權利要求I所述的粒子特效的可視化合成方法，其特征在于所述初等特效模型利用表面建模方法中的組合曲面建立。
4.如權利要求I所述的粒子特效的可視化合成方法，其特征在于所述方法還包括建立渲染堆對象，然后遍歷實體-模型參數對照表，對粒子模型矩陣中每個單元的粒子對象屬性進行初始化，形成初始渲染對象；最后渲染堆掃描區域-特效索引表，完成粒子特效的動態渲染；設置粒子數據緩沖區，設置緩沖區數據變化標識。
5.一種粒子特效的可視化合成系統，其特征在于所述系統包括粒子模型部件、矩陣轉換部件、特效合成部件、可視化配置部件； 所述粒子模型部件用于根據粒子特效效果特征，建立粒子特效的幾何模型；然后建立初等特效模型，并將初等特效模型的各個參數寫入參數緩存表，創建實體-模型參數對照表；所述粒子模型部件將幾何模型網格化，建立基于網格的粒子模型，并將基于網格的粒子模型發送給矩陣轉換部件； 所述矩陣轉換部件用于接受基于網格的粒子模型，矩陣轉換部件對基于網格的粒子模型進行矩陣轉化，形成網格-矩陣模型，并把網格-矩陣模型交予可視化配置部件； 所述可視化配置部件用于接受網格-矩陣模型，可視化配置部件的虛擬渲染模塊響應，劃分虛擬渲染執行區，執行渲染；虛擬渲染執行模塊執行渲染，激活動態監控部件，建立監視器對象，監視粒子數據緩沖池，動態監測數據變化； 所述特效合成部件用于同時設置時序同步器，實現特效合成。
6.如權利要求5所述的粒子特效的可視化合成系統，其特征在于所述建立粒子特效的幾何模型具體為利用線框建模方法建立一個面包圍的封閉空間，形成正則形體。
7.如權利要求5所述的粒子特效的可視化合成系統，其特征在于所述初等特效模型利用表面建模方法中的組合曲面建立。
8.如權利要求5所述的粒子特效的可視化合成系統，其特征在于所述系統還包括建立渲染堆對象，然后遍歷實體-模型參數對照表，對粒子模型矩陣中每個單元的粒子對象屬性進行初始化，形成初始渲染對象；最后渲染堆掃描區域-特效索引表，完成粒子特效的動態渲染；設置粒子數據緩沖區，設置緩沖區數據變化標識 。
全文摘要
本發明涉及虛擬現實技術領域，本發明公開了一種粒子特效的可視化合成方法，其具體包含以下步驟步驟1，建立粒子特效的幾何模型；步驟2，粒子模型部件將步驟1中的幾何模型網格化；步驟3，矩陣轉換部件對基于網格的粒子模型進行矩陣轉化，形成網格-矩陣模型；步驟4，可視化配置部件的虛擬渲染模塊響應，劃分虛擬渲染執行區，執行渲染；步驟5，虛擬渲染執行模塊執行渲染，激活動態監控部件，建立監視器對象，監視粒子數據緩沖池，動態監測數據變化；步驟6，特效合成部件同時設置時序同步器，實現特效合成。用戶可以方便的使用本系統對粒子的特效進行編輯；各個模塊相互獨立并可以自由組裝；通過自由組裝可以模擬各種粒子特效，并提高渲染真實度。
文檔編號G06T17/00GK102682472SQ20121013741
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月7日 優先權日2012年5月7日
發明者盧光輝, 曹躍, 李鑫, 李龍, 田思聰, 蔡洪斌, 許泉, 邱航, 陳雷霆 申請人:電子科技大學