[发明专利]一种实现虚拟现实三维烟花形状可控的方法

说明书

本发明公开了一种实现虚拟现实三维烟花形状可控的方法，包括步骤：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；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；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；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；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。上述方法在虚拟现实环境下实现了一套形状可控的虚拟三维烟花模拟系统。

技术领域

本发明涉及计算机虚拟现实技术领域，具体涉及一种实现虚拟现实三维烟花形状可控的方法。

背景技术

虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术通过使用计算机来模拟一个三维的虚拟场景，用户佩戴上具有可视功能的头盔等设备后可以浏览场景，并可使用手柄等设备与计算机进行交互，从而在视觉、听觉、触觉等感官上产生身临其境的体验。虚拟现实系统兼具沉浸感、交互性和构想性，因此可以被用来达到一定的娱乐和科普目的。虚拟现实技术凭借其强大的感官冲击和无以伦比的沉浸感，能向用户传递普通二维屏幕难以表现的信息。目前的虚拟现实技术主要应用于沉浸式体验类游戏，如场景漫游、射击游戏等，以及模拟现实中风险较大的活动，如虚拟手术台、建筑工地安全训练等。虚拟现实的诞生降低了人们的观赏成本，可在千里之外体验极光的灿烂；降低了从事危险工作的压力，可在室内操作矿场训练；又提升了视角效果，戴上头盔便能完全的沉浸在虚拟世界中。

追求真实感不限于科技感的游戏、野外风光的模拟，人们在虚拟现实世界中也期待领略传统美景的魅力。烟花在漫长的历史岁月里陪伴了人们的大小节日，色彩缤纷、形状各异的烟花增添节日的气氛。但各种烟花大会事故的发生和出于环保的呼吁，许多城市已明令禁止燃放烟花爆竹。

为了解决这一缺陷，将传统烟花和虚拟现实技术结合非常有意义，尤其适用于博物馆、科技馆等公众科普机构。这样一个沉浸式形状可控的虚拟三维烟花互动模拟系统，应实现在虚拟现实环境中基于用户输入生成对应形状的烟花的效果，从而达到集科普性、娱乐性、互动性为一体的目的。该系统要求基于草图的建模、虚拟现实场景、烟花模拟三者的结合，其中Delaunay三角化是基于草图的三维建模的基础。现有研究中这三者单独的成果都很多，但尚未有研究将三者结合起来。

基于笔划或草图的建模技术的目标是，允许用户在建模过程中使用自由手绘草图，包括从粗略模型直到完整细节的构建过程。由于其交互方式直观简单，符合人类原有日常生活中的思考习惯，基于草图建模是最近十多年来计算机图形学中研究的热点建模方法之一。同时，近年的许多研究也使用数据驱动或卷积神经网络的方式生成三维模型。但有些系统操作较难、用时较久，以大众人群为用户的需求。通过对类别训练的卷积神经网络存在一定的局限，训练所得的模型不能推广到其他类别，可绘制的种类较少。

虚拟现实技术方面，近年的一些研究将烟花模拟应用到虚拟现实环境中，都不支持烟花形状的可控性，且所用硬件不是沉浸式的虚拟现实设备。有些商业游戏中实现了精美的虚拟现实烟花模拟，但其烟花模式是固定的，不支持用户定制。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种实现虚拟现实三维烟花形状可控的方法，基于草图的建模、虚拟现实场景、烟花模拟三者结合，使用多边形绘制、受约束的Delaunay三角剖分、脊线提取、网格抬高、烟花采样、多级爆炸等技术，首次在虚拟现实环境下实现了一套形状可控的虚拟三维烟花模拟系统。

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；