一种基于物理过程的红外积云的建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112348872A(43)申请公布日2021.02.09(21)申请号202011044260.0(22)申请日2020.09.28(71)申请人西安电子科技大学地址710000陕西省西安市雁塔区太白南路2号(72)发明人黄曦雷越孙浩马向超吴鑫刘德连张建奇单仝(74)专利代理机构西安嘉思特知识产权代理事务所(普通合伙)61230代理人刘长春(51)Int.Cl.G06T7/62(2017.01)G06T7/90(2017.01)G06T17/20(2006.01)权利要求书3页说明书17页附图6页(54)发明名称一种基于物理过程的红外积云的建模方法(57)摘要本发明实施例提供的一种基于物理过程的红外积云的建模方法，通过积云的三维网格模型，计算网格中存在的水汽输送、相变特征等过程，得到云的液滴密度、水汽密度、温度等特征的分布，然后，多重散射简化模型，对积云的可见光模型中存在的光照现象按照光照方向以及视线方向进行分类并计算，在确定散射相函数和基础散射理论后，计算多次散射的辐射能量，并计算红外场景中积云的自发辐射能量，从而得到总能量，对可见光模型的辐射能量进行修正，设计自发辐射在不同波段下的计算过程得到积云红外光照模型，然后对云的光照进行实时渲染。从而兼顾红外波段以及非红外波段积云，使得对积云渲染的真实性、实时性更高，同时提高对积云渲染的准确性。CN112348872ACN112348872A权利要求书1/3页1.一种基于物理过程的红外积云的建模方法，其特征在于，包括：S1，获取积云的三维网格模型，所述三维网格模型中每个网格存储多个粒子的第一变量信息，所述粒子表示在所述网格内各个位置处的云，所述变量信息包括：液滴密度、温度以及速度；S2，基于所述液滴密度、温度以及速度，确定按照液滴密度、温度以及速度扩散后的积云；S3，基于在光照照射所述积云的入射方向与散射方向之间夹角，确定散射相函数；S4，基于积云中滴液的尺寸分布的宽度、滴液的尺寸分布的特征半径，确定液滴尺寸分布的有效相函数；S5，针对处于不同波段的积云，根据处于不同波段的散射效率因子，计算平均散射效率因子；S6，将处于不同波段的积云的散射相函数求平均，确定平均散射函数；S7，基于平均散射函数以及平均散射效率因子，当光线入射所述积云后，沿着色器的视线方向以及光线方向，计算光线在积云内多次散射后的第一辐射能量；S8，针对处于远红外波段以及中红外波段的积云，分别计算该积云对应的自发辐射能量；S9，将所述自发辐射能量与第一辐射能量求和，确定所述积云在视线方向上的总能量；S10，将所述总能量分别与图像三原色通道中每个通道的最大像素值相乘，获得积云在视线方向上像素值；S11，按照所述像素值，扩散后的积云在该在视线方向上位置处进行渲染，并重复执行S8至S11，直至渲染完扩散后的积云每一处位置。2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述S2的步骤包括：S21，设置初始积云；S22，针对初始积云中每一个网格，初始化该网格内粒子的液滴密度、温度以及速度；S23，将所述网格中的每个粒子按照所述初始化后的速度移动；S24，基于粒子的风力、浮力以及涡流抑制力，计算移动后的每个粒子的外力；S25，基于积云当前的大气压强，计算移动后粒子的液滴密度以及温度；S26，基于所述外力对已获取流体运动方程进行简化，获得简化后的流体运动方程；S27，对所述简化后的流体运动方程进行求解，获得所述粒子当前单位时间下的速度；S28，将所述当前单位时间下的速度替换所述初始化的速度，重复执行S23至S27的步骤，直至达到迭代次数，获得扩散后的积云。3.根据权利要求2所述的建模方法，其特征在于，所述S26的步骤包括：获取纳维-斯托克斯方程作为流体运动方程；设置中间速度场以及时间分割的最小单位，对所述流体运动方程进行简化。4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述S4的步骤包括：获取散射相函数；基于水滴中总体粒子数，水尺寸分布的宽度，伽马分布函数以及尺寸分布的特征半径，尺寸分布对应的有效半径，确定不同液滴尺寸分布；基于所述不同液滴尺寸分布，对不同液滴尺寸的散射相函数进行加权和求和，获得液2CN112348872A权利要求书2/3页滴尺寸分布的有效相函数。5.根据权利要求4所述的建模方法，其特征在于，所述S8的步骤包括：针对处于远红外波段的积云，使用普朗克公式计算该积云对应的自发辐射能量；针对中红外波段的积云，基于已设置的辐射发射率，计算自发辐射能量。6.根据权利要求5所述的建模方法，其特征在于，在所述S8的步骤之前，所述建模方法还包括：根据光吸收率以及能量守恒定律，确定处于远红外波段的光线的发射率以及中红外波段的辐射发射率。7.根据权利要求