[发明专利]一种实现虚拟现实三维烟花形状可控的方法

权利要求书

1.一种实现虚拟现实三维烟花形状可控的方法，包括步骤：

(1)读取用户使用手柄绘制的轨迹作为输入，依据轨迹形成二维多边形；

(2)对所得二维多边形进行受约束的Delaunay三角化处理，得到初始的二维三角网格；

(3)对二维三角网格进行脊线提取，依据脊线对二维三角网格进行双面抬高，膨胀为三维立体的三角网格；

(4)对得到的三维立体的三角网格进行粒子采样，得到一个粒子系统的参数集合，对所有粒子进行分级聚类，实现多级爆炸；

(5)使用粒子系统结合逆向动力学进行模拟，在虚拟现实环境中获得与用户绘制轨迹对应形状的烟花效果，实现虚拟现实三维烟花形状可控；

所述步骤(1)的具体步骤为读取虚拟现实设备的配套手柄的位置参数，将用户绘制的轨迹曲线作为输入，将轨迹曲线投影到二维平面并按时间采样获取顶点，对获得的点集预处理，将这些点按次序连接，并将轨迹首尾点相连，得到一个首尾相连的封闭二维多边形；

所述的受约束的Delaunay三角化处理包括：

(2-1)采用Divide and conquer算法，计算所述点集的受约束的Delaunay三角剖分；

(2-2)将用户使用手柄绘制的轨迹形成的外边作为约束边，依据约束边来调整三角剖分，若约束边与三角剖分中某一条边相交，则删除三角剖分中该边并插入约束边，将剩余的非三角形区域继续三角化；

(2-3)对所有约束边重复步骤(2-2)后，受约束的Delaunay三角化结束，获得所述初始的二维三角网格；

所述步骤(3)的具体步骤为通过对三角面进行分类并提取确定网格的脊线，然后依据网格的脊线对其进行剪枝并重新三角化，最后对脊线进行提升，以此构造一个包裹脊线和多边形的三维立体的三角网格，使三维立体的三角网格的横截面成立体的椭圆形；

所述的粒子采样的算法包括：

分别计算所得三维立体的三角网格的所有三角面的面积，并进行排序，得到递增序列S＝{T₁，T₂，...，T_n}，T_i为三角面，area(T_i)为T_i三角面的面积，i＝1，2，...，n；

设置N个粒子，为每个粒子生成一个随机数randarea，且area(T₁)＜randarea＜area(T_n)，若area(T_i-1)＜randarea≤area(T_i)，则将该粒子分配给T_i三角面，直至分配完所有N个粒子；

设第j个三角面T_j对应的m_j个粒子的集合为P_j，t_j1、t_j2、t_j3是三角面的三个顶点的坐标，P_j中第k个粒子的位置P_jk计算如下：

a＝rand(0，1) (1)，

b＝rand(0，1-a) (2)，

c＝1-a-b (3)，

P_jk＝a×t_j1+b×t_j2+c×t_j3 (4)，

其中，k＝1，2，...，N；

所述的多级爆炸算法包括：

首先对已知的N个粒子进行k-means聚类：

(I)从N个粒子随机选取K个作为质心；

(II)对剩余的每个粒子计算其到每个质心的距离，并将剩余的每个粒子归到与其最近的质心的类；

(III)重新计算已经得到的各个类的质心；

(IV)反复迭代步骤(II)、(III)，直至新质心与原质心相等或距离小于指定阈值，结束聚类；

第一次爆炸由一个粒子系统完成，粒子数量为K，所有粒子的出发点均为烟花发射点，最终落在对应的质心坐标上消亡，第二次爆炸由K个粒子系统完成，每个粒子系统粒子数目为N/K，每个二级粒子系统的粒子的出发点为上一级对应的质心坐标，终点为该质心对应的N/K个最终粒子的坐标，依据粒子的出发点坐标和终点坐标，应用粒子系统进行物理模拟，实现多级爆炸。