本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種非固定濃度的全球地形霧效渲染方法。

背景技術(shù)：

在3dgis領(lǐng)域和飛行仿真系統(tǒng)中需要對全球地形影像進(jìn)行渲染，已經(jīng)有一些大氣散射模型來模擬大氣層的散射效果，但對全球地形霧效的建模還比較少，基本以使得繪制物體距離觀察者越遠(yuǎn)越看不清晰為目的來構(gòu)建模型。如下數(shù)學(xué)模型所示，a＝a·e^-d·distance；

其中，a為混合參數(shù)，a為調(diào)整系數(shù)，d為霧濃度，distance為相機(jī)到目標(biāo)點(diǎn)的距離。

這種類似的霧效建模不能實(shí)際地表達(dá)大氣帶來的霧效效果，但如果不進(jìn)行霧效模擬，又會使得三維場景缺乏立體感和豐富度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中缺乏立體感和豐富度的缺點(diǎn)，提供了一種非固定濃度的全球地形霧效渲染方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決。

一種非固定濃度的全球地形霧效渲染方法，包括如下步驟：

(1)構(gòu)建全球地形幾何瓦片：以三維模型中地球球心為坐標(biāo)系原點(diǎn)構(gòu)建全球地形的幾何瓦片；

(2)建立霧效濃度模型：根據(jù)大氣密度隨著海拔高度的增加而降低，建立霧效濃度模型，其構(gòu)建公式如下：

d＝a·e^-b·a，

其中，d為霧濃度，a為調(diào)整系數(shù)，b為散射系數(shù)，a為目標(biāo)點(diǎn)的海拔高度；

(3)計(jì)算霧總濃度d：首先構(gòu)建大氣外球，大氣外球半徑大于地球的長半軸，接著需要計(jì)算采樣起始點(diǎn)，如視點(diǎn)在大氣外球之外，則采樣起始點(diǎn)為向量epn與大氣外球的交點(diǎn)p0；如視點(diǎn)在大氣外球之內(nèi)，則采樣起始點(diǎn)即為視點(diǎn)，則是p0＝e；得到起始點(diǎn)后，那么epn與大氣外球的交點(diǎn)計(jì)算方法如下：

先算出p0到e點(diǎn)的距離n，

c＝(length(eo))²-(length(p0o))²，

m＝max{0,b²-4c}，

其中，o為原點(diǎn)，p0o為大氣外球的交點(diǎn)到原點(diǎn)的向量，eo為視點(diǎn)到原點(diǎn)的向量；

根據(jù)上述計(jì)算得出交點(diǎn)p0，

然后計(jì)算p0到pn的總濃度，計(jì)算方法如下：

設(shè)從p0到pn進(jìn)行n次采樣，采樣點(diǎn)集合為

p＝{p0,p1,p2,...,pn-1}，

p0到pn的總濃度計(jì)算公式為，

(4)計(jì)算霧效顏色：設(shè)霧顏色cfog＝(rf,gf,bf)，pn的紋理顏色ctexture＝(rt,gt,bt)；將紋理顏色和霧顏色進(jìn)行混合，形成最終的霧效顏色值：c＝ctexture·(1-d)+cfog·d；

(5)將步驟(3)得到的霧總濃度數(shù)值和步驟(4)得到的霧效顏色數(shù)值附加在全球地形瓦片上進(jìn)行渲染。

本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，具有顯著的技術(shù)效果：

本發(fā)明依據(jù)大氣密度的非均勻分布，構(gòu)建出霧濃度數(shù)學(xué)模型，通過霧濃度數(shù)據(jù)模型來對不同地形情況來計(jì)算不同的霧效濃度，建立起以地形為基準(zhǔn)的較為準(zhǔn)確的霧效濃度信息；同時，對霧效顏色進(jìn)行計(jì)算，與不同區(qū)域和地形的紋理顏色進(jìn)行混合，更加貼近實(shí)際的顏色和效果，通過兩個參數(shù)的設(shè)置能夠很好地模擬全球地形霧效效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種非固定濃度的全球地形霧效渲染方法中的全球霧效示意圖；

圖2是本發(fā)明一種非固定濃度的全球地形霧效渲染方法中規(guī)則網(wǎng)格的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1至圖2所示，一種非固定濃度的全球地形霧效渲染方法，包括如下步驟：

(1)構(gòu)建全球地形幾何瓦片：以三維模型中地球球心為坐標(biāo)系原點(diǎn)構(gòu)建全球地形的幾何瓦片；

(2)建立霧效濃度模型：根據(jù)大氣密度隨著海拔高度的增加而降低，建立霧效濃度模型，其構(gòu)建公式如下：

d＝a·e^-b·a，

其中，d為霧濃度，a為調(diào)整系數(shù)，b為散射系數(shù)，a為目標(biāo)點(diǎn)的海拔高度；

(3)計(jì)算霧總濃度d：首先構(gòu)建大氣外球，大氣外球半徑大于地球的長半軸，接著需要計(jì)算采樣起始點(diǎn)，如視點(diǎn)在大氣外球之外，則采樣起始點(diǎn)為向量epn與大氣外球的交點(diǎn)p0；如視點(diǎn)在大氣外球之內(nèi)，則采樣起始點(diǎn)即為視點(diǎn)，則是p0＝e；得到起始點(diǎn)后，那么epn與大氣外球的交點(diǎn)計(jì)算方法如下：

先算出p0到e點(diǎn)的距離n，

c＝(length(eo))²-(length(p0o))²，

m＝max{0,b²-4c}，

其中，o為原點(diǎn)，p0o為大氣外球的交點(diǎn)到原點(diǎn)的向量，eo為視點(diǎn)到原點(diǎn)的向量；

根據(jù)上述計(jì)算得出交點(diǎn)p0，

然后計(jì)算p0到pn的總濃度，計(jì)算方法如下：

設(shè)從p0到pn進(jìn)行n次采樣，采樣點(diǎn)集合為

p＝{p0,p1,p2,...,pn-1}，

p0到pn的總濃度計(jì)算公式為，

(4)計(jì)算霧效顏色：設(shè)霧顏色cfog＝(rf,gf,bf)，pn的紋理顏色ctexture＝(rt,gt,bt)；將紋理顏色和霧顏色進(jìn)行混合，形成最終的霧效顏色值：c＝ctexture·(1-d)+cfog·d；

如圖2所示，s0為大氣外球，s1為大氣內(nèi)球，epn為視點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的連線，并與s0交于p0點(diǎn)，那么從p0pn線段上的每一點(diǎn)的濃度的總和就是從e點(diǎn)看向p1點(diǎn)的總濃度，表達(dá)式如下，

其中，a(t)＝lenght(p0+(pn-p0)t)-r，t＝length(pn-p0)，考慮到表達(dá)式無法進(jìn)行積分，故在p0pn線段上進(jìn)行采樣并求和，現(xiàn)假設(shè)，采樣次數(shù)為n次，采樣點(diǎn)的集合p＝{p0,p1,p2,...,pn-1}，對應(yīng)的高程集合a＝{a0,a1,a2,...,an-1}，那么

設(shè)目標(biāo)點(diǎn)pn的紋理顏色ctexture＝(rt,gt,bt)，霧顏色cfog＝(rf,gf,bf)，那么pn的最終顏色

c＝ctexture·(1-d)+cfog·d

(5)將步驟(3)得到的霧總濃度數(shù)值和步驟(4)得到的霧效顏色數(shù)值附加在全球地形瓦片上進(jìn)行渲染。

本發(fā)明依據(jù)大氣密度的非均勻分布，構(gòu)建出霧濃度數(shù)學(xué)模型，通過霧濃度數(shù)據(jù)模型來對不同地形情況來計(jì)算不同的霧效濃度，建立起以地形為基準(zhǔn)的較為準(zhǔn)確的霧效濃度信息；同時，對霧效顏色進(jìn)行計(jì)算，與不同區(qū)域和地形的紋理顏色進(jìn)行混合，更加貼近實(shí)際的顏色和效果，通過兩個參數(shù)的設(shè)置能夠很好地模擬全球地形霧效效果。

實(shí)施例1

在建立霧效濃度模型：

d＝a·e^-b·a，

其中，a取0.2，b取0.001，采樣次數(shù)n取5次，霧顏色c＝(0.5，0.6，0.7)，其他系數(shù)根據(jù)具體的地形取值，構(gòu)建出如圖1所示的效果；

總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。