[发明专利]一种基于非关联多级空间分割树的蒙特卡罗面片几何处理方法

摘要

本发明提出了一种基于非关联多级空间分割树的蒙特卡罗面片几何处理方法，该方法通过引入多级空间分割树，可提高蒙卡面片模型在蒙卡计算时的粒子轨迹穿入穿出点计算以及粒子位置定位计算的效率；同时该方法可实现面片模型与构造实体几何模型的共存，避免全部引入面片模型导致的计算效率大幅下降。本发明可显著提升面片模型计算效率，使之能达到与传统几何相当的水平，实现基于面片的任意几何蒙卡计算的实用化。

主权项

一种基于非关联多级空间分割树的蒙特卡罗面片几何处理方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将蒙特卡罗几何模型中的每个无法用构造几何描述方法描述的几何体转换为面片几何体，形成含有面片几何体的蒙特卡罗几何模型；步骤二、在得到含有面片几何体的蒙特卡罗几何模型后，生成覆盖所述几何模型的体包围盒，对所述包围盒进行迭代分割生成几何体级空间分割树，直到所述分割树中所有叶子节点中包含的几何体数量小于预定值；步骤三、基于生成几何体级空间分割树，对含有面片几何体的蒙特卡罗几何模型中的每一个面片几何体的包围盒进行迭代分割生成面片级空间分割树，直到所有叶子节点中包含的面片数量少于预定值；步骤四、将生成的几何体级空间分割树和面片级空间分割树结合，生成非关联多级空间分割树，并将非关联多级空间分割树存储在文件中；在蒙特卡罗粒子轨迹追踪计算中，存储为非关联多级空间分割树格式的文件，使用多级空间分割树下针对面片几何体的蒙卡粒子追踪方法，逐级定位粒子所在分割树的节点，仅与节点内的几何体、面片进行几何运算，以减少计算量；所述步骤四中，非关联多级空间分割树的文件包括几何信息部分、几何体级空间分割树部分和面片级空间分割树部分，其中：几何信息部分为整体几何模型，整体几何模型由n个几何实体集合S＝{s1,s2,...sn}，其中如果几何体si为面片几何体，则几何体由ni个三角面片组成的面片集合组成，每个三角面片由三个顶点以及朝向几何体外侧的法向量信息组成；几何体级空间分割树部分为蒙卡计算模型，蒙卡计算模型仅包含一棵几何体级空间分割树，它由一组m个长方体子空间集合B＝{b0,b1,...bm}以及子空间之间的父子关系集合R＝{(bi,bj)}组成，其中每一项(bi,bj)表示bi为bj的子节点，该空间分割树的根节点b0为整个蒙卡计算空间，即树中节点的子节点代表节点被划分成的若干子空间；在树中叶子节点记录其代表的子空间bi满足叶子节点中记录其包含的几何体集合面片级空间分割树部分中，各个面片几何体si均含有一棵面片级空间分割树，它由一组ni个长方体子空间几何和这些子空间的父子关系集合Ri＝{(bij,bik)}组成，其中每一项(bij,bik)表示bij是bik的子节点，该空间分割树的根节点bi0表示整个面片几何体的包围盒空间，即其叶子节点记录其子空间中所包含的三角面片构成的集合所述步骤四，多级空间分割树下针对面片几何体的蒙卡粒子追踪方法，包括粒子穿出几何体位置计算、粒子飞入几何体位置计算和空间分割树下几何体与粒子包含关系计算：(1)对于粒子穿出面片几何体位置计算，进行粒子轨迹与所在几何体面片级空间分割树节点中面片的相交判断，如果相交则返回相交点为粒子穿出几何体点，否则通过粒子穿出当前节点位置得到下一个空间分割树节点，进行同样的判断直到找到粒子穿出点；(2)对于粒子穿入面片几何体的位置计算，进行粒子与所在几何体级空间分割树中各几何体的相交判断；对于各几何体，判断粒子是否经过面片几何体包围盒，如果经过则定位粒子到其面片级空间分割树的叶子节点，进行粒子轨迹与叶子节点中几何体面片的相交计算，如果有相交面片，则记录交点为粒子飞入该几何体的点；选取粒子飞入点的与粒子当前位置距离最小的为粒子下一个飞入的几何体的点；(3)针对面片几何体的多层空间分割树下粒子空间定位，首先定位粒子所在几何体级空间分割树的叶子节点，之后对于该叶子节点的每个几何体，通过包围盒初步定位粒子所在几何体，如果是面片几何体，则使用步骤(1)计算沿任意方向uv计算粒子穿出几何体的点，如果成功得到粒子穿出几何体的点，且该点所在面片的法向量与uv的内积小于零，表示粒子沿方向uv穿出几何，则定位粒子在该面片几何体中；如果不是面片几何体，则使用已有的构造实体几何判断方法进行判断。