专利名称：一种粒子特效的可视化合成系统与方法
技术领域：
本发明属于虚拟现实技术领域，尤其涉及一种粒子特效的可视化合成系统及方法。
背景技术：
粒子特效是为模拟现实中的水、火、雾、气等效果由各种三维软件开发的制作模块，是将无数的单个粒子组合使其呈现出固定形态，借由控制器，脚本来控制其整体或单个的运动，模拟出现真实的效果。粒子系统作为虚拟现实技术中的一个重要分支，能够很好的模拟不规则的自然运动，充分表现出模糊物体运动的随机性。粒子系统的实现出现了各种不同的方法。从最开始一种算法模拟一种自然运动，到后来的粒子属性参数法，其应用越来
越广泛，效果也越来越逼真。从最开始科幻电影中的特效渲染，到现在的电脑游戏场景设置，粒子系统为我们的工作和生活带来了更多视觉上的享受。然而，如果每需要模拟一种自然景观，就去研究一种粒子系统的实现算法，必定耗时耗力，其灵活性和扩展性都受到了一定的限制，相应的也会增加实现的成本。而粒子属性参数设置法，虽然在一定程度上实现了扩展，能够通过一个系统实现多种粒子特效。但是其运动变化轨迹控制不够灵活，在真实性上略显不足，不能满足人们对于虚拟现实的要求。另外，当前对于粒子系统的研究要么是学者自己实现一种算法，模拟一种自然运动，要么是设置几项粒子属性，通过参数设置控制粒子的运动。很少能够满足用户自己实现复杂粒子特效的需求。即粒子系统实现的主动权没有交到用户手中。因此，本文总结以往粒子系统研究的经验，致力于实现一种真实通用的粒子系统，能够根据用户的需求实时渲染出复杂多变的自然场景。
发明内容
针对现有技术中实现粒子特效的特例法效率低下，粒子属性参数设置法又真实性上略显不足的技术问题，本发明提供了一种粒子特效的可视化合成系统及方法。本发明的技术方案如下
一种粒子特效的可视化合成方法，其具体包含以下步骤
步骤1，粒子模型部件根据粒子特效效果特征，建立粒子特效的几何模型；然后建立初等特效模型，并将初等特效模型的各个参数写入参数缓存表，创建实体-模型参数对照表；步骤2，粒子模型部件将步骤I中的几何模型网格化，建立基于网格的粒子模型，并将基于网格的粒子模型发送给矩阵转换部件；
步骤3，矩阵转换部件接受基于网格的粒子模型，矩阵转换部件对基于网格的粒子模型进行矩阵转化，形成网格-矩阵模型，并把网格-矩阵模型交予可视化配置部件；
步骤4，可视化配置部件接受网格-矩阵模型，可视化配置部件的虚拟渲染模块响应，划分虚拟渲染执行区，执行渲染；
步骤5，虚拟渲染执行模块执行渲染，激活动态监控部件，建立监视器对象，监视粒子数据缓冲池，动态监测数据变化；
步骤6，特效合成部件同时设置时序同步器，实现特效合成。优选地，上述建立粒子特效的几何模型具体为利用线框建模方法建立一个面包围的封闭空间，形成正则形体。优选地，上述初等特效模型利用表面建模方法中的组合曲面建立。优选地，上述方法还包括建立渲染堆对象，然后遍历实体-模型参数对照表，对粒子模型矩阵中每个单元的粒子对象属性进行初始化，形成初始渲染对象；最后渲染堆扫描区域-特效索引表，完成粒子特效的动态渲染；设置粒子数据缓冲区，设置缓冲区数据变化标识。本发明还公开了一种粒子特效的可视化系统，所述系统包括粒子模型部件、矩阵转换部件、特效合成部件、可视化配置部件；
所述粒子模型部件用于根据粒子特效效果特征，建立粒子特效的几何模型；然后建立初等特效模型，并将初等特效模型的各个参数写入参数缓存表，创建实体-模型参数对照表；所述粒子模型部件将几何模型网格化，建立基于网格的粒子模型，并将基于网格的粒子模型发送给矩阵转换部件；
所述矩阵转换部件用于接受基于网格的粒子模型，矩阵转换部件对基于网格的粒子模型进行矩阵转化，形成网格-矩阵模型，并把网格-矩阵模型交予可视化配置部件；
所述可视化配置部件用于接受网格-矩阵模型，可视化配置部件的虚拟渲染模块响应，划分虚拟渲染执行区，执行渲染；虚拟渲染执行模块执行渲染，激活动态监控部件，建立监视器对象，监视粒子数据缓冲池，动态监测数据变化；
所述特效合成部件用于同时设置时序同步器，实现特效合成。优选地，上述建立粒子特效的几何模型具体为利用线框建模方法建立一个面包围的封闭空间，形成正则形体。优选地，上述初等特效模型利用表面建模方法中的组合曲面建立。优选地，上述系统还包括建立渲染堆对象，然后遍历实体-模型参数对照表，对粒子模型矩阵中每个单元的粒子对象属性进行初始化，形成初始渲染对象；最后渲染堆扫描区域-特效索引表，完成粒子特效的动态渲染；设置粒子数据缓冲区，设置缓冲区数据变化标识。与现有技术相比，本发明提出的技术方案有如下有益效果用户可以方便的使用本系统对粒子的特效进行编辑；各个模块相互独立并可以自由组装；通过自由组装可以模拟各种粒子特效，并提高渲染真实度。
图I为粒子特效的可视化合成方法的流程图。图2为为粒子特效的可视化合成系统的总体结构框图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明。本发明公开的粒子特效的可视化合成方法，其具体包含以下步骤步骤1，粒子模型部件根据粒子特效效果特征，建立粒子特效的几何模型；然后建立初等特效模型，并将初等特效模型的各个参数写入参数缓存表，创建实体-模型参数对照表；步骤2，粒子模型部件将步骤I中的几何模型网格化，建立基于网格的粒子模型，并将基于网格的粒子模型发送给矩阵转换部件；
步骤3，矩阵转换部件接受基于网格的粒子模型，矩阵转换部件对基于网格的粒子模型进行矩阵转化，形成网格-矩阵模型，并把网格-矩阵模型交予可视化配置部件；
步骤4，可视化配置部件接受网格-矩阵模型，可视化配置部件的虚拟渲染模块响应，划分虚拟渲染执行区，执行渲染；
步骤5，虚拟渲染执行模块执行渲染，激活动态监控部件，建立监视器对象，监视粒子数据缓冲池，动态监测数据变化；
步骤6，特效合成部件同时设置时序同步器，实现特效合成。
本发明提供了一个交互式的粒子特效编辑方法，用户可以方便的使用本系统对粒子的特效进行编辑；各个模块相互独立并可以自由组装；通过自由组装可以模拟各种粒子特效，并提高渲染真实度。通过步骤1-3可以完成对于各种粒子特效的模型的建立，实现特效特征的参数提取，完成特效的计算；通过步骤4根据计算的数据，调用图形库完成特效渲染；通过步骤5接收外部数据，实现对特效的编辑达到用户预期效果；通过步骤6将步骤1-5完成的各种基本特效进行合成，形成一个高级特效，使得可以模拟各种粒子特效。步骤1-3我们对粒子特效进行空间网格的划分，将粒子特效的计算细化到每一个网格单元，使得粒子特效更加精细，提高了渲染真实度。参见图I所示的粒子特效的可视化合成方法的流程图，首先建立粒子特效几何模型，首先根据粒子特效效果提取效果特征，利用线框建模方法建立一个面包围的封闭空间形成具有良好边界的正则形体；然后利用表面建模方法中的组合曲面建立初等特效模型，并将模型各个参数写入参数缓存表，创建实体-模型参数对照表，保存到缓存区；然后根据粒子特效的效果以及特征，选择合适密度的网格，将粒子几何模型网格化，并分析各个网格区域的特点，结合效果特征，对不同网格区域进行处理，并创建区域-特效索引表；然后将网格化的粒子模型用矩阵存储起来，每一个矩阵对应一个网格对象，每个网格对象对应一个粒子单元，建立网格-矩阵模型。从内存中划分一块区域作为渲染数据缓存区，建立发射器对象并保存到数据缓冲区；建立渲染堆对象，然后遍历创建实体-模型参数对照表，对粒子模型矩阵中每个单元的粒子对象属性进行初始化，形成初始渲染对象；最后渲染堆扫描区域-特效索引表，完成粒子特效的动态渲染；设置粒子数据缓冲区，设置缓冲区数据变化标识；创建监视器对象，监视器实时监视缓冲区数据变化标识，以此监视外数据的变化，实现粒子特效的可视化编辑。设置一个时序同步器，确保合成后的特效按照统一的时间顺序产生和消亡。优选地，所述建立粒子特效的几何模型具体为利用线框建模方法建立一个面包围的封闭空间，形成正则形体。形体上任何一点的足够小的领域在拓扑上应是一个等价的封闭圈，即围绕该点的形体邻域在二维空间中可构成一个单连通域，如此保证了几何模型的可靠性和可加工性。优选地，所述初等特效模型利用表面建模方法中的组合曲面建立。快速建立一个初等特效几何模型。
优选地，所述方法还包括建立渲染堆对象，然后遍历实体-模型参数对照表，对粒子模型矩阵中每个单元的粒子对象属性进行初始化，形成初始渲染对象；最后渲染堆扫描区域-特效索引表，完成粒子特效的动态渲染；设置粒子数据缓冲区，设置缓冲区数据变化标识。本发明还公开了一种粒子特效的可视化合成系统，其具体包括粒子模型部件、矩阵转换部件、可视化配置部件、特效合成部件；
图2为粒子特效的可视化合成系统的总体结构框图。下面将结合附图2，具体介绍本发明系统的各个组成部件及其具体实现
粒子模型部件的组成结构包括粒子属性模块、粒子发射器模块、渲染模块以及zone模块；粒子属性模块建立基于图形结构的粒子模型，首先将粒子模型的全部属性代码进行分类，并且封装为接口 ；然后根据基于网格的粒子模型分析所需属性，选择并调用属性接口，组装形成粒子模型。粒子发射器模块首先将发射器分为普通发射器、直线发射器、球形 发射器和随机发射器四种类型，并封装；根据粒子特效渲染的特点，选择相应的发射器类型，调整发射器属性参数，形成发射器模型。渲染模块将渲染方式分为点渲染，线渲染和图片渲染三种，并且分别封装为接口 ；根据粒子特效所需要的效果，选择渲染方式并且初始化属性，形成渲染模型。zone模块首先粒子特效形状抽象为线形、点状、环形以及球状四种方式，并封装为接口 ；分析粒子特效，调用相应的接口并调整粒子特效的范围。矩阵转换部件的组成结构包括矩阵转换模块和矩阵计算模块；矩阵转换模块对网格粒子模型进行矩阵转化，首先将网格化的粒子模型用矩阵存储起来，每一个矩阵对应一个网格对象，每个网格对象对应一个粒子单元，建立网格-矩阵模型。矩阵计算模块，运用矩阵基本运算实现网格-矩阵模型的计算。可视化配置部件包括动态监控模块和虚拟渲染模块；动态监控模块建立监视器对象，首先设置粒子数据缓冲区，设置缓冲区数据变化标识；创建监视器对象，监视器实时监视缓冲区数据变化标识，以此监视外数据的变化，实现粒子特效的可视化编辑。虚拟渲染模块划分虚拟渲染执行区，从内存中划分一块区域作为渲染数据缓存区，建立粒子特效对象并保存到数据缓冲区。特效合成部件将多个需要合成的简单粒子特效统一到一个虚拟渲染执行区内，并提供一个时序同步器，确保特效按照统一的时间顺序产生和消亡，最终形成一个稳定炫丽的粒子特效。这里已经通过具体的实施例子对本发明进行了详细描述，提供上述实施例的描述为了使本领域的技术人员制造或适用本发明，这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是容易理解的。本发明并不限于这些例子，或其中的某些方面。本发明的范围通过附加的权利要求进行详细说明。上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种粒子特效的可视化合成方法，其具体包含以下步骤 步骤1，粒子模型部件根据粒子特效效果特征，建立粒子特效的几何模型；然后建立初等特效模型，并将初等特效模型的各个参数写入参数缓存表，创建实体-模型参数对照表；步骤2，粒子模型部件将步骤I中的几何模型网格化，建立基于网格的粒子模型，并将基于网格的粒子模型发送给矩阵转换部件； 步骤3，矩阵转换部件接受基于网格的粒子模型，矩阵转换部件对基于网格的粒子模型进行矩阵转化，形成网格-矩阵模型，并把网格-矩阵模型交予可视化配置部件； 步骤4，可视化配置部件接受网格-矩阵模型，可视化配置部件的虚拟渲染模块响应，划分虚拟渲染执行区，执行渲染； 步骤5，虚拟渲染执行模块执行渲染，激活动态监控部件，建立监视器对象，监视粒子数据缓冲池，动态监测数据变化； 步骤6，特效合成部件同时设置时序同步器，实现特效合成。
2.如权利要求I所述的粒子特效的可视化合成方法，其特征在于所述建立粒子特效的几何模型具体为利用线框建模方法建立一个面包围的封闭空间，形成正则形体。
3.如权利要求I所述的粒子特效的可视化合成方法，其特征在于所述初等特效模型利用表面建模方法中的组合曲面建立。
4.如权利要求I所述的粒子特效的可视化合成方法，其特征在于所述方法还包括建立渲染堆对象，然后遍历实体-模型参数对照表，对粒子模型矩阵中每个单元的粒子对象属性进行初始化，形成初始渲染对象；最后渲染堆扫描区域-特效索引表，完成粒子特效的动态渲染；设置粒子数据缓冲区，设置缓冲区数据变化标识。
5.一种粒子特效的可视化合成系统，其特征在于所述系统包括粒子模型部件、矩阵转换部件、特效合成部件、可视化配置部件； 所述粒子模型部件用于根据粒子特效效果特征，建立粒子特效的几何模型；然后建立初等特效模型，并将初等特效模型的各个参数写入参数缓存表，创建实体-模型参数对照表；所述粒子模型部件将几何模型网格化，建立基于网格的粒子模型，并将基于网格的粒子模型发送给矩阵转换部件； 所述矩阵转换部件用于接受基于网格的粒子模型，矩阵转换部件对基于网格的粒子模型进行矩阵转化，形成网格-矩阵模型，并把网格-矩阵模型交予可视化配置部件； 所述可视化配置部件用于接受网格-矩阵模型，可视化配置部件的虚拟渲染模块响应，划分虚拟渲染执行区，执行渲染；虚拟渲染执行模块执行渲染，激活动态监控部件，建立监视器对象，监视粒子数据缓冲池，动态监测数据变化； 所述特效合成部件用于同时设置时序同步器，实现特效合成。
6.如权利要求5所述的粒子特效的可视化合成系统，其特征在于所述建立粒子特效的几何模型具体为利用线框建模方法建立一个面包围的封闭空间，形成正则形体。
7.如权利要求5所述的粒子特效的可视化合成系统，其特征在于所述初等特效模型利用表面建模方法中的组合曲面建立。
8.如权利要求5所述的粒子特效的可视化合成系统，其特征在于所述系统还包括建立渲染堆对象，然后遍历实体-模型参数对照表，对粒子模型矩阵中每个单元的粒子对象属性进行初始化，形成初始渲染对象；最后渲染堆扫描区域-特效索引表，完成粒子特效的动态渲染；设置粒子数据缓冲区，设置缓冲区数据变化标识 。
全文摘要
本发明涉及虚拟现实技术领域，本发明公开了一种粒子特效的可视化合成方法，其具体包含以下步骤步骤1，建立粒子特效的几何模型；步骤2，粒子模型部件将步骤1中的几何模型网格化；步骤3，矩阵转换部件对基于网格的粒子模型进行矩阵转化，形成网格-矩阵模型；步骤4，可视化配置部件的虚拟渲染模块响应，划分虚拟渲染执行区，执行渲染；步骤5，虚拟渲染执行模块执行渲染，激活动态监控部件，建立监视器对象，监视粒子数据缓冲池，动态监测数据变化；步骤6，特效合成部件同时设置时序同步器，实现特效合成。用户可以方便的使用本系统对粒子的特效进行编辑；各个模块相互独立并可以自由组装；通过自由组装可以模拟各种粒子特效，并提高渲染真实度。
文档编号G06T17/00GK102682472SQ20121013741
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者卢光辉, 曹跃, 李鑫, 李龙, 田思聪, 蔡洪斌, 许泉, 邱航, 陈雷霆 申请人:电子科技大学