[发明专利]一种生成特定形状烟花的计算机模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字模拟及传输通信技术领域，特别是涉及一种基于互联网的个性化的特定形状烟花动画生成方法。

背景技术

粒子系统是计算机动画技术的一个重要组成部分，参见WilliamT.Reeves.“Particle Systems---A Technique for modeling a class ofFuzzy Objects.”Computer Graphics，17(3)：359-376。自然景物中的一部分，如云、烟、雾、水流和火焰等在常规的计算机图像合成方法中是很难实现的。其原因是，这些“模糊”的物体没有明显的平滑的表面，而是不规则的、复杂的、难于描述的物体。对于这些物体，我们对其感兴趣的部分是总体形态和外表的动态和流体变化。粒子系统提供了一种描述这种“模糊”物体的途径。

粒子系统方法的基本思想是将许多简单形状的微小粒子作为基本元素(而不是多边形或面片)聚集起来，形成一个不规则的模糊物体，从而构成一个封闭的系统——粒子系统。它不是一个简单的静态系统，随着时间的推移，系统中不仅已有的粒子不断改变形状，不断运动，而且不断有新的粒子加入，并有旧的粒子消失。这样一个模型可以用来表示一些我们以前常用的基于表面的模型所不能表示的运动、变换、动力学现象等等。为模拟生长和死亡过程，每个粒子被赋予一定的生命周期，它将经历生长，成长，衰老和死亡的过程。同时，为使粒子系统所表示的景物具有良好的随机性，不仅不会对景物进行详细的说明，反而是对与粒子有关的每一个参数使用一个随机过程来控制。

虽然现有的粒子系统方法可以模拟烟花效果，但是不能使得烟花形成特定的形状。

发明内容

本发明提供了一种个性化的生成特定形状烟花的计算机动画模拟方法。在该方法中，用户在客户端输入表示特定形状的三维模型或者三维模型的索引信息，系统在服务器端自动生成从烟花发射升空，到爆炸形成用户指定的特定形状，最后消失的计算机模拟动画。生成的个性化动画文件既可以通过电子邮件发给用户，也可以通过彩信发送到用户的手机上。整个模拟过程采用近似的逆向动力学方法，并考虑了空气摩擦力和烟花燃烧后质量的改变，从而使得烟花的形成和下落过程非常接近真实的物理烟花。

本发明采用的技术方案如下：

一种生成特定形状烟花动画的计算机模拟方法，包括：

(1)在客户端，用户输入表示特定形状的三维模型或者三维模型的索引信息，系统根据输入的信息在模型库中得到表示该特定形状的三维模型，如果模型的顶点数量过少，可使用三角形细分方法对模型进行加密，以满足烟花模拟对模型复杂度要求；

(2)系统根据模型信息和用户设置的初始值，计算出模拟烟花的每个粒子的属性值，用一个发射器模拟烟花升空过程，另一个发射器模拟烟花升空后的第一次爆炸过程；

(3)系统建立多个发射器来模拟第二次爆炸形成，首先根据模型形状对模型进行的空间分割，然后对不同的子空间分别用独立的发射器进行控制，最终生成指定模型形状的视觉效果；

(4)系统保存模拟过程中每一帧，生成动画文件。生成的个性化动画文件既可以通过电子邮件发给用户，也可以通过彩信发送到用户的手机上。

所述的三角形细分方法：如果模型的顶点数量过少，系统将首先计算每个三角形的面积以及平均值，对于面积大于平均值的三角形，对它进行细分。具体方法是取其每条边的中点为顶点，将它们连起来把原三角形分割成四个较小的三角形，完成过程细分。该过程可循环直至顶点数量达到阈值。

所述的模拟烟花的粒子的属性包括位置、运动速度(大小和方向)、生存时间、颜色、颜色变化率(每帧颜色的变化量)、透明度、透明度变化率(每帧透明度的变化量)等属性。粒子系统是动态、随机的系统，粒子的随机属性在其产生时就被确定。可变属性随时间推移，属性的值不断变化。

程序将在三维空间中生成几个粒子发射器，这些发射器会发射出能够产生不同颜色不同运动状态的粒子。一个发射器生成上升到天空中的粒子；另一个发射器生成第一次爆炸所需要的粒子；第二次爆炸则需要多个发射器。每个发射器都控制着每一帧中产生的粒子的平均数量和其产生的粒子的总数量。发射器还控制着其发射的粒子的一些属性，如初始位置、初始速度、初始和最终的颜色、生存时间等。