[发明专利]一种大规模草地渲染与仿真方法

说明书

本发明涉及计算机图形技术领域，公开了一种大规模草地渲染与仿真方法，包括如下步骤：步骤1、生成草场模型，所述草场模型中包含至少一个草块，所述草块中有若干个随机种子，通过所述随机种子将所述草场模型随机化，并生成草叶数据和骨骼；步骤2、根据所述草叶数据和骨骼对随机后的草场模型进行模拟，以得到动态的草场模型；步骤3、使用基于草块的管理方法对所述草场模型进行剔除；步骤4、使用曲面细分对经过剔除的草场模型进行高效渲染。本发明计算力要求低，算法高度并行化，针对大规模草地渲染效果更优。

技术领域

本发明涉及计算机图形技术领域，具体涉及一种大规模草地渲染与仿真方法。

背景技术

大规模自然景观的建模和渲染是一个重要的研究课题，广泛应用于虚拟现实、飞行仿真、战场仿真、绘图学、视频游戏、生态系统仿真等领域。草丛渲染作为大规模自然场景渲染的重要组成部分，其建模表示和实时渲染一直是计算机图形学领域的热点。

随着各个学科研究水平的提高，特别是计算机图形学领域的飞速发展，虚拟草丛得到了更加广泛的应用，比如牧场、森林、运动场、虚拟战场等，对于许多场景来说，整个场景的真实感很大程度上取决于草地的渲染质量，因此，高质量的大规模草地渲染模拟技术是尤其重要的，即使是一点点的瑕疵就会给观众带来十分重大的感官影响。

现有的主流草地仿真方案是使用布告牌技术表示草叶并使用噪声图对其扰动来实现光照渲染和与风力交互，踩踏效果则使用置换贴图在顶点着色器中对顶点进行扰动；或者是更精确的使用基于物理计算的方法，实时计算草叶交互的运动状态，比如使用硬件实例化与物理模拟相结合，用硬件实例化渲染暂时不需要模拟的草叶，只对需要交互的草叶进行物理建模并模拟，或比如使用控制点表示草叶并用曲面细分实时补全顶点数据或者在几何着色器中实时生成并控制顶点位置的表示方法。但是第一种方法是一种过程式的动画，存在着真实性不足的问题；而第二种方法虽然碰撞交互效果显著，然而对风力的模拟仍然是过程式的，第二种方法和第三种方法的效率太低。

因此，当前草地渲染和仿真的方法对于大规模草叶中存在的场景管理、剔除、物理动画表示等关键问题存在着模拟精度不足或者效率太低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大规模草地渲染与仿真方法，提高草叶对碰撞和风场的反馈方法和渲染剔除速度，从而提高草场仿真的真实感和渲染效率。

本发明通过下述技术方案实现：

一种大规模草地渲染与仿真方法，包括如下步骤：

步骤1、基于三角形网格生成草场模型，所述草场模型中包含至少一个草块，所述草块中有若干个随机种子，通过所述随机种子将所述草场模型随机化，并生成草叶数据和骨骼；

步骤2、根据所述草叶数据和骨骼对随机后的草场模型进行模拟，以得到动态的草场模型；

步骤3、使用基于草块的管理方法对所述草场模型进行剔除；

步骤4、使用曲面细分对经过剔除的草场模型进行高效渲染。

作为优化，步骤1的具体实现方法如下：

步骤1.1、基于三角形网格定义草场规模：所述草块按世界坐标系1*1*1的粒度进行划分，所述草块包括若干个随机生成的随机坐标，保存所述草块的随机坐标和所述草块对应的目录，所述目录为每个所述草块所包含的排在首位的第一个顶点在顶点缓存区中的序号，所述顶点为组成所述草块的草叶上需要渲染的点；

步骤1.2、计算出随机所述草场模型的随机数：以所述随机坐标称为草根坐标或者称为随机种子，计算所述草场模型的随机数：

其中，表示随机种子或者随机坐标，即草叶的草根坐标，rand表示根据随机种子生成的随机数；