[发明专利]一种基于云图的雷暴云实时模拟方法

说明书

一种基于云图的雷暴云实时模拟方法，包括如下步骤：步骤S1：获取像素点射线方向，构建大世界云层空间，并计算像素点射线的有效渲染长度；步骤S2：基于二维云图纹理、三维噪声纹理、位置‑密度函数，计算像素点射线方向的体积云总体密度，得到雷暴云形状；步骤S3：构建漩涡场，计算云体在运动过程中受到的向心力，以此对云图采样UV进行偏移，实现对雷暴云的运动控制；步骤S4：根据光照位置，光照颜色，云体预设颜色，结合采样点密度，光线传输模型得到像素点射线方向上的云体颜色；本发明基于云图的雷暴云实时模拟方法，能够快速、实时的在大世界范围内生成龙卷风式的雷暴云，在一定程度上解决了关于复杂体积云的模拟问题。

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，具体而言，涉及一种基于云图的雷暴云实时模拟方法，针对龙卷风式的雷暴云进行模拟。

背景技术

在虚拟场景中，体积云的模拟可以显著的提升室外场景的真实感和画面协调性。目前，相关的体积云模拟技术主要是针对普通的层云、积云，云层形状较为简单，在极端天气场景的表现欠佳，因此有待提出一种关于复杂云层的渲染技术去解决这一问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种基于云图的雷暴云实时模拟方法，实现大世界范围内龙卷风式的雷暴云模拟(下述雷暴云特指龙卷风式的雷暴云)，以提高体积云在极端天气场景中的画面表现。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于云图的雷暴云实时模拟方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：获取像素点射线方向，构建大世界云层空间，并计算像素点射线的有效渲染长度；所述像素点射线的起点为摄像机位置，所述像素点射线方向的方向向量为像素点位置减去摄像机位置；

步骤S2得到雷暴云形状:

步骤S21：获取一张二维云图纹理图、一组基础三维噪声纹理图和一组细节三维噪声纹理图；

步骤S22：在所述有效渲染长度的范围内，以光线步进的方式，基于步骤S21获取的所述二维云图纹理、基础三维噪声纹理图和细节三维噪声纹理图，通过位置-密度函数计算采样点密度；

步骤S23：基于像素点射线方向，累加射线方向的采样点密度，作为像素的总体密度；步骤S3：构建漩涡场，计算云体在运动过程中受到的向心力，以此对云图采样UV进行偏移，实现对雷暴云的运动控制；

步骤S4：根据光照位置，光照颜色，云体预设颜色，结合采样点密度，光线传输模型得到像素点射线方向上的云体颜色。

进一步，所述步骤S1具体包括：

步骤S11：获取像素点射线方向，预设地球中心位置，地球半径，低云层位置高度，高云层位置高度；

步骤S12：将低云层所在位置的高度加上地球半径作为低云层球体半径，以地球中心位置为圆心，构建低云层半球体,记为1号半球体；将高云层位置高度加上地球半径作为高云层球体半径，以地球中心位置为圆心，构建高云层半球体，记为2号半球体；将两个半球体之间的区域作为大世界云层空间；

步骤S13：将摄像机位置分成地表上、云层中、云层外三种情况，分别计算得到像素点射线与低云层半球体、高云层半球体的相交点，分别记为p1、p2，像素点射线在低云层半球中穿行的长度为y1，在高云层半球体中穿行的距离为y2，根据相交情况计算得到像素点射线的有效渲染长度；；当摄像机位置分成地表上时，渲染的起点为p1，有效渲染长度为y2–y1；

当摄像机位置分成云层中时，渲染的起点为摄像机位置，若射线与1号半球体有交点，则有效渲染长度为y1，若无交点，则有效渲染长度为y2；

当摄像机位置分成云层外时，渲染起点为p2，若射线与1号半球体有交点，则有效渲染长度为p1，p2两点间的距离，若无交点，则有效渲染长度为y2。