一种真实感体积云的构建方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及建模渲染，具体涉及一种真实感体积云的构建方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、云是大气系统的重要组成部分，对气象、气候建模和大气模拟有着至关重要的影响。尽管如此，云的复杂性和活力仍然是一个重要的因素，成为当前更具真实感的云建模和渲染体积云的障碍。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供了一种真实感体积云的构建方法、装置、设备及介质，以解决由于云的复杂性导致无法进行更具真实感云建模和渲染体积云的问题。

2、根据第一方面，本发明实施例提供了一种真实感体积云的构建方法，所述方法包括：

3、基于预设参数，进行基于噪声纹理的云建模，模拟特定类型的低层云，并进行云密度采样，得到采样坐标以及采样坐标的采样点密度；低层云包括层云、层积云以及积云；

4、确定光照衰减、暗边效应、银边效应以及各向异性，并基于光照衰减、暗边效应、银边效应以及各向异性建立光照模型，利用光照模型进行采样坐标的光照计算，输出采样坐标的光照颜色值；

5、基于光照颜色值进行光照步进，并进行时间重投影，对云进行渲染处理，得到体积云。

6、结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述基于预设参数，进行基于噪声纹理的云建模，模拟特定类型的低层云，并进行云密度采样，具体包括：

7、利用风场偏移采样空间点，得到采样坐标；

8、利用湍流纹理扰动采样坐标，确定采样坐标在倾斜空间下的倾斜坐标，并对倾斜坐标进行逆转换为未倾斜空间下的逆转换坐标，并基于采样坐标与逆转换坐标之间的坐标差异，确定采样坐标的噪声；

9、采样基础纹理，对采样坐标的噪声进行分型布朗运动计算，并与红通道噪声进行重映射；

10、利用天气图中绿通道表征的云类型得到云的基础形状，并结合天气图纹理中红通道表征的云覆盖率调制云层密度；天气图的绿通道用于控制云的类型，0表示层云，0.5表示层积云，1表示积云；天气图的红通道用于控制云层覆盖且红通道数值与云覆盖率正相关；

11、采样细节纹理，对采样坐标的噪声进行分型布朗运动计算，并侵蚀云的基础形状，得到采样坐标的采样点密度。

12、结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述预设参数包括纹理类型、尺寸以及每一通道所采用的噪声类型。

13、结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，所述确定光照衰减、暗边效应、银边效应以及各向异性，并基于光照衰减、暗边效应、银边效应以及各向异性建立光照模型，利用光照模型进行采样坐标的光照计算，输出采样坐标的光照颜色值，具体包括：

14、采用比尔-朗伯定律确定光照衰减；

15、采用内散射概率函数确定暗边效应；

16、采用dhg相位函数确定银边效应以及各向异性。

17、构建光照模型；

18、将采样点密度输入至光照模型中，输出采样坐标的光照颜色值。

19、结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述构建光照模型由比尔定律、糖粉效应函数和双hg 相位函数组成。

20、结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，所述基于光照颜色值进行光照步进，并进行时间重投影，对云进行渲染处理，得到体积云，具体包括：

21、确定起始步长，并判定采样密度；

22、确定采样密度为0，增加步长以将采样密度设置为0；

23、确定采样密度不为0，累加光照颜色值并减少步长，直至满足预设条件，预设条件为满足以下任意一项：不透明度为1、离开体积场；

24、进行时间重投影，将图像分割为等份的四行四列的像素块，确定当前帧图像中待重投影的像素块以及当前帧前一帧图像中与待重投影的像素块位置相对应的匹配像素块，更新待重投影的像素块并复用当前帧前一帧中图像中除匹配像素块外的像素块。

25、结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述基于光照颜色值进行光照步进，并进行时间重投影，对云进行渲染处理，得到体积云，还具体包括：

26、满足以下至少一项时停止计算光照步长：

27、采样坐标点已到达体积场外部；

28、采样累计的不透明度到达1；

29、采样密度持续为0。

30、根据第三方面，本发明实施例还提供一种真实感体积云的构建装置，所述装置包括：

31、基于预设参数，进行基于噪声纹理的云建模，模拟特定类型的低层云，并进行云密度采样，得到采样坐标以及采样坐标的采样点密度；低层云包括层云、层积云以及积云；

32、确定光照衰减、暗边效应、银边效应以及各向异性，并基于光照衰减、暗边效应、银边效应以及各向异性建立光照模型，利用光照模型进行采样坐标的光照计算，输出采样坐标的光照颜色值；

33、基于光照颜色值进行光照步进，并进行时间重投影，对云进行渲染处理，得到体积云。

34、根据第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述真实感体积云的构建方法的步骤。

35、根据第四方面，本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述真实感体积云的构建方法的步骤。

36、本发明的真实感体积云的构建方法、装置、设备及介质，通过引入一个新的体积云渲染方法，更加真实地表示常见的云类型和它们的动态变化。并且，为了有效地控制云层在天空中的分布和移动，本发明实施例中还引入了天气图来调节云层的覆盖率和类型，然后，再使用三种噪声纹理来准确地表示体积云形状。与现有的方法不同，本发明实施例中通过使用更具计算效率的单纯形噪声算法，并允许更自然的三维纹理清晰度，在云的光照模型中，使用了比尔-朗伯定律、内散射概率函数和改进的hg相位函数以更接近云的物理照明，通过引入优化的光线推进方式进行云渲染以减少噪声，通过引入动态模型来控制云的运动和湍流效果，使云的流动更加真实。

技术特征：

1.一种真实感体积云的构建方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的真实感体积云的构建方法，其特征在于，所述基于预设参数，进行基于噪声纹理的云建模，模拟特定类型的低层云，并进行云密度采样，具体包括：

3.根据权利要求2所述的真实感体积云的构建方法，其特征在于，所述预设参数包括纹理类型、尺寸以及每一通道所采用的噪声类型。

4.根据权利要求1所述的真实感体积云的构建方法，其特征在于，所述确定光照衰减、暗边效应、银边效应以及各向异性，并基于光照衰减、暗边效应、银边效应以及各向异性建立光照模型，利用光照模型进行采样坐标的光照计算，输出采样坐标的光照颜色值，具体包括：

5.根据权利要求4所述的真实感体积云的构建方法，其特征在于，所述构建光照模型由比尔定律、糖粉效应函数和双hg 相位函数组成。

6.根据权利要求1所述的真实感体积云的构建方法，其特征在于，所述基于光照颜色值进行光照步进，并进行时间重投影，对云进行渲染处理，得到体积云，具体包括：

7.根据权利要求6所述的真实感体积云的构建方法，其特征在于，所述基于光照颜色值进行光照步进，并进行时间重投影，对云进行渲染处理，得到体积云，还具体包括：

8.一种真实感体积云的构建装置，其特征在于，所述装置包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述真实感体积云的构建方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述真实感体积云的构建方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种真实感体积云的构建方法、装置、设备及介质，涉及建模渲染技术领域，该方法包括：基于预设参数，进行基于噪声纹理的云建模，模拟特定类型的低层云，并进行云密度采样，得到采样坐标以及采样坐标的采样点密度；确定光照衰减、暗边效应、银边效应以及各向异性，并建立光照模型，利用光照模型进行采样坐标的光照计算，输出采样坐标的光照颜色值；基于光照颜色值进行光照步进，并进行时间重投影，对云进行渲染处理，得到体积云。本发明同时使用了优化的光线行进技术来减少噪声和混叠伪影。为了实现翻滚体积云动态，引入动态模型来控制云运动和湍流效果，从而可以在飞行模拟器、游戏和电影等领域创建更具吸引力和沉浸式的云效果。

技术研发人员：黄晶,王晓娜,陈坤琦,钟宜国,张伟,严珂
受保护的技术使用者：杭州经纬信息技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17