[发明专利]一种基于粒子系统的大规模人群构建和行为模拟的方法

说明书

一种基于粒子系统的大规模人群构建和行为模拟的方法，其包括粒子系统、顶点动画、材质系统和控制系统实现人物粒子的生成和人群行为的展现；本发明将人物模型简化为顶点动画和人物粒子实体，顶点动画可降低人物行为动作的所需的系统资源开销，粒子系统可降低大规模人群创建所需的系统资源开销，使得人群模型的构建数量可达到十万级别，同时通过控制系统实现对人物模型的数量、位置、速度、朝向和动作的精准控制，达到模拟大规模人群行为的目的。

技术领域

本发明涉及三维仿真模拟领域，具体为一种基于粒子系统的大规模人群构建和行为模拟的方法。

背景技术

在三维仿真模拟软件领域，以目前的硬件条件，想要既在屏幕上显示大量包含蒙皮、骨骼和动作等要素的三维人物角色的同时，又保证所显示的画面流畅运行是件非常困难是事情。一旦同时出现超过上千个三维人物角色，就会导致帧率骤降，即角色动作不流畅和屏幕画面严重卡顿的结果。若角色数量级达到上万人，则软件几乎无法成功构建人物模型，导致程序根本无法运行。

导致这种问题出现的最主要原因就是当前市面上CPU与GPU的处理性能瓶颈。在无法提升现有硬件性能的情况下，人物角色数量、行为动画、物理模拟等仿真要素都是造成性能下降的关键原因。如何在保留骨骼动画、物理模拟等仿真要素的前提下提升可展示人群的规模就成了亟需解决的关键问题。

由此可见，提供一种基于粒子系统的大规模人群构建和行为模拟的方法是本领域亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于粒子系统的大规模人群构建和行为模拟的方法，其包括粒子系统、顶点动画、材质系统和控制系统实现人物粒子的生成和人群行为的展现；所述粒子系统利用模型、面片等基本元素进行组合来实现焰火、爆炸、水流效果，所述顶点动画实现复杂对象的微妙运动；所述材质系统控制场景的可视外观，定义物体所用的表面类型，材质系统将材质从静态转化为动态，配合顶点动画构成人物行为动作的基础；所述控制系统作为总体控制入口，向粒子系统和材质系统输入人物粒子创建、移动和动作执行的各项参数，从而达到对人群移动和人群行为的控制能力。

进一步的，所述粒子系统每一个单独的粒子随时间的演化都是相对独立的，通过将人物看做一个粒子，以粒子的方式生成人物粒子实体。

进一步的，所述材质系统将材质从静态转化为动态，配合顶点动画构成人物行为动作的基础。

一种基于粒子系统的大规模人群构建和行为模拟的方法，其包括以下步骤：

S1:制作顶点动画，通过顶点动画生成工具导入所需的人物动画序列，制作人物动作对应的顶点动画文件；

S2:制作人物材质，创建材质文件，导入生成的基础色彩文件和法线文件；

S3:制作人物粒子，将制作完成的人物材质文件导入步骤S1中生成的人物静态模型文件，生成人物粒子；

S4:生成粒子系统，创建粒子系统文件，添加粒子发射器，将步骤S3中的人物粒子导入粒子发射器，生成人物粒子系统，同时配置材质控制参数，建立与人物材质文件的连接关系；

S5：生成外部控制系统，创建外部控制系统文件，导入人物粒子系统，配置外部控制方法，建立与粒子系统之间的连接关系，控制人群生成、人群移动和人群行为；

S6:生成人群实体，将外部控制系统文件导入场景，修改其中对应的生成数量和生成位置参数，场景中将根据配置的参数生成人群模型的粒子实体；

S7:控制人群移动，修改外部控制系统文件中的速度和方向参数，控制粒子系统中人群的朝向和移动速度；

S8:控制人群行为，修改外部控制系统文件中的人群行为参数，粒子系统接收到更新的参数信息后，通过材质控制参数，将参数传递至人物材质文件，变更人群的静坐、投掷等行为动画。