[发明专利]可依水面实际高度绘制3D水面的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种先产生水面实际高低信息再根据水面实际高低信息绘制水面的装置及方法。

背景技术

由于科技的进步，人们的日常生活也与科技息息相关，在电影与电玩游戏中，常常看到所谓的3D动画，由于影像技术的成熟，3D动画跟实际生活中的场景也越来越接近。3D动画在产生水面影像时，为了营造水面的效果，除了产生水面高低起伏的外形变化外，往往需加上水面光影变化才能更真实地呈现水的感觉，因此产生水面的反射贴图与折射贴图是相当重要的步骤。

通常水面光影效果以下列公式表示：

C_result＝F(θ)*C_reflect+(1-F(θ))*C_refract    (1)

其中C_result为水面最后所呈现的颜色，C_reflect与C_refract分别表示来自于环境的倒影和水中物体通过水所呈现的颜色，F(θ)为混合这两种光影的Fresnel系数。水面倒影通常包括二大部分：远距离环境倒影C_environment及近距离物体的倒影C_localreflect，而

C_reflect＝C_environment+C_localreflect             (2)

C_environment与C_localreflect分别是通过反射向量及投影向量当作取样坐标贴至水面上。为了让人感觉水深的变化，同样地也须考虑水中物体通过水所呈现的颜色，其计算公式如下：

C_refract＝e^-f(y)*C_objectcolor+(1-e^-f(y))*C_watercolor    (3)

其中C_objectcolor为原本物体的颜色，C_watercolor则为水依不同深度所呈现的颜色，e^-f(y)为依据水深混合这以上两种颜色的比例系数。这部分同样地也是通过投影向量当作取样坐标贴至水面上，且通常这些取样坐标都会经过适度的扰动而增加更细致水波纹效果。

图1表示一种公知绘制水面影像装置1，该装置1包含数据库10、反射图形产生模块11、折射图形产生模块12及图形合成模块13。数据库10储存有水波图16，反射图形产生模块11及折射图形产生模块12是根据固定水面高度产生反射图14及折射图15，其中固定水面高度是指将水面视为平静水面不会波动，因此将水面高度视为固定默认值。之后再由图形合成模块13利用公式(1)将储存在数据库10的水波图16与反射图14及折射图15作合成，以产生具有波浪及光影变化的水面影像17。

公知技术在计算近距离物体的倒影Clocalreflect(反射图14)与水中物体折射效果Crefract(折射图15)过程中都没有考虑实际水面的高度变化，通常假设水面位于高度(Y轴)为零的位置来产生上述的光影贴图，这类作法只能应付平静抑或是具有微小波浪的水面，对于具有较大振幅波浪的水面(例如海边)经常会产生瑕疵，例如岸边泡沫并未围绕礁石，且水面下礁石折射光影明显过度偏离实际礁石所在位置，又例如折射部分误认为是反射部分。会产生这样的错误是因为采用固定水面高度的关系(假设水面位于高度为零的位置)，并用此参考位置产生反射贴图与折射贴图，因未参考实际水面高度而把折射部分误认为是反射部分，反之亦然。

因此能更真实地呈现水的感觉，使3D动画看起来更加贴近实际感觉，进而提升3D动画相关产业的价值，乃是业界仍然需要努力解决的目标。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种绘制水面的装置，包含图形合成模块、第一产生模块、坐标产生模块及图形产生模块。图形合成模块用以合成多个水波映射图(Water Waves Map)以产生合成水波映射图；第一产生模块用以在每一个上述这些水波映射图的可视范围内产生多个第一水波格点，及在该合成水波映像图上的该可视范围内产生多个第二水波格点，其中，每一个上述这些第一水波格点及上述这些第二水波格点都具有二维坐标；坐标产生模块用以根据上述这些第一水波格点的该二维坐标产生相对应的多个第三维坐标；以及图形产生模块用以根据上述这些第三维坐标及上述这些第二水波格点的二维坐标产生该水面。