[发明专利]动态粒子集合的表面渲染方法及系统

权利要求书

1.一种动态粒子集合的表面渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用基于粒子的流体模拟方法进行流体模拟，并记录每一帧流体粒子的粒子位置数据；

2)对粒子位置数据进行解析，并采用粒子溅射方法进行表面深度估计，得到深度图；

3)将深度图作为流体表面的预估，采用光线投射方法，通过SPH密度估计方程定义的标量场来确定等值面，并同时采用GPU并行加速来加速光线投射与采样计算过程；

4)通过主成分分析来估计流体表面法向量并得到表面法向量图，具体包括以下步骤：

4.1)基于标准的SPH梯度计算，使用Spiky核函数，计算近似法向量

4.2)构造x_i处协方差矩阵其中：W(x_i-p_j,R)＝1-(||x_i-p_j||/R)³；

4.3)采用雅克比迭代求解协方差矩阵C_i的三对特征值和特征向量，得到最小特征值对应的特征向量N_i″；

4.4)计算表面法向量N_i＝(1-ω)N_i′+ωN_i″，得到表面法向量图，其中：d为10，k为0.998；

5)将表面法向量图导入光线追踪器中得到表面渲染结果。

2.根据权利要求1所述的动态粒子集合的表面渲染方法，其特征是，所述的步骤2)具体包括以下步骤：

2.1)采用具有深度偏移的点精灵渲染方式将所有的粒子位置快速渲染成较大的实心球；

2.2)通过深度测试得到深度图；

2.3)调节渲染半径，使得深度图接近实际表面。

3.根据权利要求2所述的动态粒子集合的表面渲染方法，其特征是，所述的SPH密度估计方程定义的标量值其中：x_i沿光线的采样位置，m_j为粒子质量，p_j为粒子的位置，r为采样半径。

4.根据权利要求3所述的动态粒子集合的表面渲染方法，其特征是，所述的GPU并行加速是指令每一个线程对应一个像素光线，沿着投射的射线方向对流体粒子进行间隔采样并计算密度值直到满足定义等值面要求而停止，并将所有光线采样次数接近一致。

5.根据权利要求1所述的动态粒子集合的表面渲染方法，其特征是，所述的表面法向量图采用双边滤波平滑结果。