一种高超音速导弹尾焰CG动画设计方法与流程

本发明属于导弹尾焰cg动画设计。

背景技术：

1、近年来，随着计算机软硬件技术的不断发展，计算机虚拟仿真技术在影视、游戏、广告等领域，尤其是在军事领域有了越来越广泛的应用。导弹发射和飞行过程中的尾焰属于不规则的模拟物体，这类物体的三维模型构建对虚拟仿真的逼真度具有重要作用。关于导弹尾焰的模拟，国内外的相关机构已经做了大量的研究。其中一种方法是使用粒子系统进行模拟，通过计算粒子在高速喷射下的运动轨迹来实现尾焰的真实感。但是在实际应用中，粒子数量过少会导致尾焰不连续，粒子数量过多会因为计算机内存占用过多从而严重影响工作效率；另一种方法是使用面片来代替粒子，实现尾焰的模拟。这种方法的好处在于节省了计算机运算的开销，弊端在于降低了尾焰喷射的动态效果，同时这种方法在应对高超音速导弹时，会因为速度过快产生发射源断层问题，严重影响尾焰模拟效果。

2、现有的方法在针对一般速度导弹飞行状态下的尾焰模拟时性能良好。但是在对高超音速导弹模拟尾焰模拟时，由于导弹飞行速度过快，造成尾焰存在一定的间隙现象，如图2所示。

技术实现思路

1、鉴于上述不足之处，本发明提出了一种高超音速导弹尾焰cg动画设计方法，提高了高超音速导弹尾焰模拟的真实感和效率性。

2、本发明主要包括以下步骤：

3、s1.确定高超音速导弹的飞行速度及轨迹：根据高超音速导弹实际飞行速度和轨迹，在houdini工程文件中建立其运行轨迹；

4、s2.根据飞行轨迹提取尾焰发射源和碰撞对象：根据尾焰喷管的位置，提取尾焰发射源模型和尾焰发射时与尾焰产生碰撞交互的碰撞对象模型；

5、s3.通过稀疏解算器多流体框对尾焰进行模拟：为提取的尾焰发射源模型建立稀疏解算器流程，并利用多流体框对导弹尾焰进行模拟；

6、s4.利用微解算器及自定义速度场对尾焰进行扰乱：建立自定义速度场驱动尾焰，并结合微解算器在不破坏尾焰大体形态的基础上，为其添加大量细节；

7、s5.对尾焰模拟结果进行缓存输出：对最终完成动力学解算的尾焰效果进行压缩处理，并缓存输出至硬盘；

8、s6.对缓存的尾焰进行多通道渲染输出：在低帧率工程文件中读取尾焰缓存文件，并自定义材质通道，利用mantra渲染器对尾焰进行渲染输出。

9、进一步的，步骤s1包括：

10、s11根据高超音速导弹飞机速度(v)，计算在一定的时间(t)范围内导弹飞行的距离(d)，在houdini中建立工程文件并导入导弹模型，设置动画时间范围为t，为导入的模型利用表达式动画方式创建飞行运动轨迹；

11、s12根据高超音速导弹飞行的速度超过音速的倍数n，把houdini工程fps(帧速率)由24帧修改为24*n帧，这样每秒解算的次数就由24次提升至24*n次，在高fps(帧速率)下模拟高超音速飞行导弹尾焰效果，彻底解决了发射源断层问题。

12、进一步的，步骤s2包括：

13、s21:对提取的发射源模型表面的颜色属性进行多重noise处理，并设置noise的形态随着时间的改变而不断变化，根据发射源颜色的灰度属性形成动态的发射源，从而避免发射出的尾焰呈现重复化和机械化情况；

14、s22：对经过noise处理的发射源添加temperature(温度)和density(密度)属性，并对该属性进行volumerasterizeattributes(体积属性光栅化)处理。

15、更进一步的，为模型建立attribwrangle节点，输入表达式if(@cd.r<0.2)；removepoint(@p)；删除颜色灰度值小于0.2的点，形成动态发射源。

16、进一步的，步骤s3包括：

17、s31：利用sop模块中的solver解算器在houdini软件中计算出高超音速导弹的运动轨迹；

18、s32：利用add节点对解算出的运动轨迹生成曲线线段，利用resample节点对曲线线段中点的数量进行控制；

19、s33：创建一个box盒子物体，利用copytopoint节点将box盒子复制到运动轨迹的曲线线段点上，将曲线点上的box盒子作为稀疏解算器的多流体框对尾焰进行解算。

20、更进一步的，创建dop network动力学节点，创建pyro solver解算器节点，在节点的sourcing输入点连接volume source节点，并把体像素光栅化处理后的v、density、temperatre属性导入，在节点的object输入端连接smoke object,把box中心点链接至center参数中，利用switch节点对box依次进行切换，形成多流体框解算。

21、本发明的有益效果在于：

22、首先是使用houdini底层节点自定义发射源，对发射源表面颜色采用noise非均匀着色，实现发射源动态发射效果，这样尾焰的发射量、发射状态等细节可以实现精准控制，计算量小、可控性高、操作灵活。使用高fps(帧速率)和多流体框对高超音速导弹尾焰进行解算模拟，解决了发射源断层、缺少尾焰扰乱细节等问题。引入自定义速度场来驱动尾焰，使尾焰能够达到自然翻滚，摆脱程序扰乱的困扰。使用微解算器对尾焰细节进行noise扰乱，在不破坏尾焰大体形态的前提下，为尾焰添加无限细节，从而模拟出的效果更加贴近真实自然。

技术特征：

1.一种高超音速导弹尾焰cg动画设计方法,其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种高超音速导弹尾焰cg动画设计方法,其特征在于，所述步骤s1还包括：

3.根据权利要求1所述的一种高超音速导弹尾焰cg动画设计方法,其特征在于，所述步骤s2还包括：

4.根据权利要求3所述的一种高超音速导弹尾焰cg动画设计方法,其特征在于：为模型建立attribwrangle节点，输入表达式if(@cd.r<0.2)；removepoint(@p)；删除颜色灰度值小于0.2的点，形成动态发射源。

5.根据权利要求1所述的一种高超音速导弹尾焰cg动画设计方法,其特征在于，所述步骤s3还包括：

6.根据权利要求5所述的一种高超音速导弹尾焰cg动画设计方法,其特征在于：创建dop network动力学节点，创建pyro solver解算器节点，在节点的sourcing输入点连接volume source节点，并把体像素光栅化处理后的v、density、temperatre属性导入，在节点的object输入端连接smoke object,把box中心点链接至center参数中，利用switch节点对box依次进行切换，形成多流体框解算。

技术总结
本发明涉及一种高超音速导弹尾焰CG动画设计方法，解决了高超音速导弹尾焰CG动画模拟中存在的发射源断层及缺少细节等问题。首先确定高超音速导弹的飞行速度及轨迹；根据飞行轨迹提取尾焰发射源和碰撞对象；然后通过稀疏解算器多流体框对尾焰进行模拟；接着利用微解算器及自定义速度场对尾焰进行扰乱；对尾焰模拟结果进行缓存输出；最后对缓存的尾焰进行多通道渲染输出。本发明对目前高超音速导弹尾焰CG动画模拟时存在的发射源断层问题进行了有效解决，并利用多流体框对尾焰进行解算，获得了更具逼真性的尾焰模拟效果。

技术研发人员：姚坤,钱鸥
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七二四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16