CN101751691B - 在影片中模拟自然天气真实效果的图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种在影片中模拟自然天气真实效果的图像处理方法，该装置与方法是应用在一室外场景的影片，以在该影片所呈现的一序列影像上，分别模拟出与自然天气有关的自由坠落物的效果，该方法包括定义自由坠落物的种类，每一种自由坠落物对应于一预定的大小、形状、透明度及坠落速度，且据以随机地生成所述的自由坠落物的坠落位置，以在每一帧影像上产生所述的自由坠落物的垂直坠落纹理，检测每一帧影像上的灰阶值，并将超过一预定灰阶值的区域，设定成为所述的自由坠落物的淤积区域，且根据所述的自由坠落物的状态，在每一帧影像上模拟出所述的自由坠落物的淤积状态，最后，根据所述的自由坠落物的特性，调节每一帧影像的亮度。

Description

在影片中模拟自然天气真实效果的图像处理方法

技术领域

本发明是关于一种图像处理的方法，尤指一种应用在一室外场景的影片，以在该影片所呈现的一序列影像上，分别模拟出自由坠落物(如：雨水或雪花等)效果的方法，使得影片中的室外场景能产生逼近于自然天气的真实效果。

背景技术

近年来，随着数字摄像技术的日新月异，各式设有数字摄像组件的电子装置(如：数字相机、数字摄录机、笔记本型计算机及移动电话等)，不断推陈出新，不仅摄像质量愈来愈高、产品体积愈来愈小，其市场价格亦日渐便宜，因此，所述的摄像电子装置在市场上已有日趋普及化的态势，且人们亦已逐渐习惯于使用所述的摄像电子装置记录生活及工作中的点点滴滴。

尤其是，对于许多从事都市景观设计者、街道环境设计者或对住家环境设计有兴趣者而言，在进行都市景观、街道环境或住家环境的设计前，均会先使用摄像电子装置摄录都市景观、街道环境或住家环境的影片，以期能在影片上模拟出不同天气状态(如：下雨天、下雪天、下冰雹或沙尘暴等)下的真实景观效果，作为街道或住家环境设计时的参考，另，在利用影像设计软件，完成都市景观、街道环境或住家环境的设计后，亦期望能在所设计制作的街道或住家环境的影片上，快速地模拟出不同天气状态下的真实景观效果，并据以修改所设计制作的街道或住家景观，使得最后完成的设计，在不同天气状态下，均能呈现出符合设计需求的最佳视觉效果，因此，如何在所摄录或所设计制作的都市景观、街道环境或住家环境的影片上，模拟出不同天气状态下的真实景观，即成为所述的设计者或有兴趣者对于图像处理软件的共同需求。

按，在不同天气状态(如：下雨天、下雪天、下冰雹或沙尘暴等)下，天空中均会坠落不同的物质(如：雨滴、雪花、冰雹或沙尘等)，所述的物质随着本身的大小、透明度及坠落速度的不同，均会在室外场景上形成不同的纹理，对室外景观造成不同程度的影响。此外，由于某些重量极轻的坠落物(如：雪花或沙尘等)，极易受室外场景中风场的影响，而在室外场景上形成动态变化的纹理，故对于室外景观所造成的影响，显然远较重量较重的坠落物为甚，故，如何根据不同天气状态下空中坠落物(如：雨滴、雪花、冰雹或沙尘等)的不同特性，在室外场景的影片中模拟出自然天气的真实效果，使所模拟出的影片能呈现自由坠落物的模拟层次感、地面淤积及光线等效果，而产生逼近于自然天气下的真实室外场景，即成为本发明在此欲探讨且加以实现的一重要课题。

发明内容

有鉴于前述都市景观设计者、街道环境设计者或对住家环境设计有兴趣者的共同需求，发明人经长久努力研究后，终于开发设计出本发明的一种在影片中模拟自然天气真实效果的图像处理方法。

本发明的一目的，是在提供一图像处理系统，用以在一室外场景的影片所呈现的一序列影像上，分别模拟出与自然天气有关的自由坠落物，该图像处理系统包括一显示器，用以显示模拟后的影片；一储存装置，用以储存一图像处理程序；一处理器，耦接该储存装置，用以执行该图像处理程序，其中该图像处理程序包含定义自由坠落物的种类，每一种自由坠落物对应于一预定的大小、形状、透明度及坠落速度；根据选定的自由坠落物的种类，读取该自由坠落物对应的大小、形状、透明度及坠落速度，随机地生成该自由坠落物的坠落位置，以在每一帧影像上产生该自由坠落物的垂直坠落纹理；检测每一帧影像上的灰阶值，并将超过一预定灰阶值的区域，设定成为该自由坠落物的淤积区域；根据该自由坠落物的状态，在每一帧影像上模拟出该自由坠落物的淤积状态；及将该自由坠落物的垂直坠落纹理及淤积状态合成至该室外场景的影片上。

本发明的另一目的，是在该图像处理程序包括一图样模拟模块、一环境模拟模块、一天气模拟模块及一影像合成模块，其中图样模拟模块中定义有各种坠落物的图样(如：雨滴、雪花、冰雹或沙尘等)的种类，每一种图样对应于一预定的大小、形状、特性及坠落速度，如此，当用户选定模拟某一种自由坠落物时，图样模拟模块即会据以生成自由坠落物的坠落位置，以产生所述的自由坠落物的垂直坠落纹理(如：雨线或雪线)；环境模拟模块通过检测每一帧影像的灰阶值，且将超过一预定灰阶值的区域(意即较亮的区域)，设定成为所述的自由坠落物的淤积区域，且根据所述的自由坠落物的状态(如：液态或固态等)，模拟出所述的自由坠落物在该淤积区域的淤积状态(如：积水状态或积雪状态等)；天气模拟模块能依据自由坠落物的特性，调节每一帧影像的亮度，如：在下雨天时，因云层的遮蔽，天气环境的亮度会较晴天微暗，故需将高亮度的室外场景的灰阶值降低，反之，在下雪天时，因白雪的反射作用，天气环境的亮度较晴天并无明显的变化，因此，无需增加每一帧影像的亮度；影像合成模块将前述图案模拟模块、环境模拟模块及天气模拟模块的结果合成至该室外场景的影片上，即能在影片中模拟出所述的自由坠落物的图样、模拟层次感、地面淤积及光线的效果，使得影片中的室外场景能产生逼近于自然天气(如：下雨天、下雪天、下冰雹或沙尘暴等)的真实效果。

本发明的又一目的，是在考虑到室外场景中风场对自由坠落物的影响时，该图像处理程序尚包含一风场模拟模块及一风场合成模块，其中风场模拟模块是利用风场的空气动力学特性，如：利用流体力学中的Boltzmann方程式，在所模拟的室外场景中，建立一三维风场；风场合成模块依据上述所建立的三维风场，分析及计算三维风场对所述的自由坠落物的坠落轨迹的影响，根据该三维风场对坠落轨迹的影响，调整所述的自由坠落物的坠落纹理，以基于物理模型的自然场景，在每一帧影像上模拟出自由坠落物的动态层次感，如：将雪花放在风场中，即能形成风中飘雪的场景，如此，影像合成模块即能将前述模拟模块的处理结果合成至该室外场景的影片上，以在影片中模拟出所述的自由坠落物的动态层次感、地面淤积及光线的效果，使得影片中的室外场景能在不同风场的环境下，能产生逼近于自然天气(如：风中飘雨、风中飘雪或沙尘暴等)的真实效果。

本发明的又另一目的，是在提供一图像处理方法，该方法是应用在一室外场景的影片，以在该影片所呈现的一序列影像上，分别模拟出自由坠落物(如：雨滴、雪花、冰雹或沙尘等)的效果，该方法包括定义自由坠落物的种类，每一种自由坠落物对应于一预定的大小、形状、特性及坠落速度，且据以随机地生成所述的自由坠落物的坠落位置，以在每一帧影像上产生所述的自由坠落物的垂直坠落纹理，检测每一帧影像的灰阶值，将超过一预定灰阶值的区域，设定成为所述的自由坠落物的淤积区域，且根据所述的自由坠落物的状态(如：液态或固态等)，在每一帧影像中模拟出所述的自由坠落物的淤积状态(如：积水或积雪等)，最后，根据自由坠落物的特性(如：反光或透明度等)，调节每一帧影像的亮度，由于，在本发明中，自由坠落物的数量、大小及淤积量都可以调节，因此，该方法能在影片中模拟出所述的自由坠落物的模拟层次感、地面淤积及光线的效果，使得影片中的室外场景能产生逼近于自然天气(如：下雨天、下雪天、下冰雹或沙尘暴等)的真实效果。

本发明的又另一目的，该方法能根据所选定的自由坠落物的种类，判断自由坠落物在所模拟的室外场景中能呈现的形态，如：呈现不同形状及立体感的雪花，以表现出雪花的多样性和层次性，使得雪天的效果更具立体感。

本发明的又另一目的，该方法能根据所选定的自由坠落物的种类，判断在所模拟的室外场景中风场对所述的自由坠落物的坠落轨迹的影响，且利用风场的空气动力学特性(如：利用流体力学中的Boltzmann方程式)，建立一三维风场，根据该三维风场对所述的自由坠落物的垂直坠落纹理的影响，据以调整所述的自由坠落物的坠落纹理，且分别合成至每一帧影像上，如此，即能基于物理模型的自然场景，在影片中模拟出自由坠落物的动态层次感(如：将雪花放在风场中，即能形成风中飘雪的场景)，使得影片中的室外场景能在不同风场的环境下，产生逼近于自然天气的真实效果。

附图说明

图1所示是本发明的第一个最佳实施例的处理模块的架构示意图；

图2所示是本发明的第一个最佳实施例的方法流程示意图；

图3所示是本发明的第二个最佳实施例的处理模块的架构示意图；

图4所示是本发明的第二个最佳实施例的方法流程示意图；及

图5所示是在本发明的第二个最佳实施例中建构三维风场的流程示意图。

具体实施方式

本发明是一种在影片中模拟自然天气真实效果的图像处理方法，图像处理系统为一个人电子设备，例如计算机、数字相机等，用以处理一摄像电子装置所撷取的室外场景的影片，或利用影像设计软件所设计制成的室外场景的影片，该影片包括一序列的影像，本发明的图像处理方法是在每一帧影像上分别模拟出天空中的自由坠落物(如：雨滴、雪花、冰雹或沙尘等)的效果，增加影片的趣味性。

本发明的图像处理系统包括一显示器、一储存装置与一处理器。其中，显示器用以显示模拟后的影片，以供使用者观赏。储存装置可为一硬盘或光盘片，以储存由计算机可执行指令构成的图像处理程序。处理器可执行储存装置内的图像处理程序，用以在一室外场景的影片中模拟出天空中的自由坠落物的效果。

请参阅图1所示，为本发明的第一个最佳实施例中，在不考虑室外场景中风场对自由坠落物的影响的情况下，该图像处理程序主要包括下列四大模块：一图样模拟模块10、一环境模拟模块11、一天气模拟模块12以及一影像合成模块13，其中图样模拟模块10中必需先定义有各种坠落物的图样(如：雨滴、雪花、冰雹或沙尘等)的种类，每一种图样对应于一预定的大小、形状、特性及坠落速度，如此，当用户选定模拟某一种自由坠落物时，图样模拟模块10即会据以生成自由坠落物的坠落位置，以产生所述的自由坠落物的垂直坠落纹理(如：雨线或雪线)；环境模拟模块11通过检测每一帧影像的灰阶值，且将超过一预定灰阶值的区域(意即较亮的区域)，设定成为所述的自由坠落物的淤积区域，且根据所述的自由坠落物的状态(如：液态或固态等)，模拟出所述的自由坠落物在该淤积区域的淤积状态(如：积水状态或积雪状态等)；另外，由于自由坠落物的特性(如：反光或透明度等)，将直接影响室外场景的亮度，故，天气模拟模块12能依据自由坠落物的特性，调节每一帧影像的亮度，如：在下雨天时，因云层的遮蔽，天气环境的亮度会较晴天微暗，故需将高亮度的室外场景的灰阶值降低；反之，在下雪天时，因白雪的反射作用，天气环境的亮度较晴天并无明显的变化，因此，无需增加每一帧影像的亮度；再者，影像合成模块13将前述图案模拟模块10、环境模拟模块11、天气模拟模块12的结果合成至该室外场景的影片上，即能在影片中模拟出所述的自由坠落物的图样、模拟层次感、地面淤积及光线的效果，使得影片中的室外场景能产生逼近于自然天气(如：下雨天、下雪天、下冰雹或沙尘暴等)的真实效果。

请参阅图2所示，在前述第一个最佳实施例中，该图像处理系统的方法流程如下列步骤：

(100)根据使用者选定的自由坠落物的图样，读取该自由坠落物对应的大小、形状、透明度及坠落速度；以雨滴为例，在该最佳实施例中，是以32×2个像点表示雨滴所形成的垂直雨线纹理，且以灰阶值200表示雨滴的透明度；此外，在该最佳实施例中，该方法亦会根据所选定的自由坠落物的种类，判断自由坠落物在所模拟的室外场景中能呈现的形态，以雪花为例，该方法会读取不同形状呈立体感的雪花，以使所产生的雪花能呈现出多样性和层次性，进而使得雪天的效果更具立体感。在本发明的其它实施例中，该自由坠落物对应的图样、大小、透明度及坠落速度亦可被设计成能由使用者加以调整者；

(101)随机生成自由坠落物的坠落位置，且依据所读取的坠落速度，产生所述的自由坠落物的垂直坠落纹理；以雨线为例，在该最佳实施例中，是依牛顿定率V＝V₀+gt，其中g＝9.8，定义雨线的坠落速度；

(102)检测每一帧影像的灰阶值，且将超过一预定灰阶值的区域，意即影像中较亮的区域，设定为自由坠落物的淤积区域，且根据自由坠落物的状态，如：液态或固态等，模拟出所述的自由坠落物在该淤积区域的淤积状态。在本发明的其它实施例中，该淤积区域的自由坠落物的淤积量亦可被设计成能由使用者加以调整者；

(103)根据自由坠落物的特性(如：反光或透明度等)，调整每一帧影像的亮度，如：在下雨天时，天气环境的亮度会较晴天微暗，故需将高亮度的场景灰阶值降低，反之，在下雪天时，因天气环境的亮度较晴天无明显的变化，因此，无需增加每一帧影像的亮度；

(104)将所模拟出的所述的自由坠落物的垂直坠落纹理、在该淤积区域的淤积状态及每一帧影像的亮度调整值，分别合成至影片中室外场景对应的每一帧影像上，如此，即能在影片中模拟出自由坠落物的模拟层次感、地面淤积及光线的效果，使得影片中的室外场景能产生逼近于自然天气(如：下雨天、下雪天、下冰雹或沙尘暴等)的真实效果。

请参阅图3所示，在本发明的第二个最佳实施例中，当考虑到室外场景中风场对自由坠落物的影响时，图像处理程序包含一图样模拟模块30、一风场模拟模块31、一风场合成模块32、一环境模拟模块33、一天气模拟模块34以及一影像合成模块35，其中图案模拟模块30、环境模拟模块33、天气模拟模块34以及影像合成模块35如同第一最佳实际例中所述的图样模拟模块10、环境模拟模块11、天气模拟模块12以及影像合成模块13具有相同功能，因此，在此不加以赘述；在第二个最佳实施例中，风场模拟模块31是利用风场的空气动力学特性，如：利用流体力学中的Boltzmann方程式，在所模拟的室外场景中，建立一三维风场；风场合成模块32依据上述所建立的三维风场，分析及计算三维风场对所述的自由坠落物的坠落轨迹的影响，根据该三维风场对坠落轨迹的影响，调整所述的自由坠落物的坠落纹理，以基于物理模型的自然场景，在每一帧影像上模拟出自由坠落物的动态层次感，如：将雪花放在风场中，即能形成风中飘雪的场景。接着，影像合成模块35将前述模拟处理的结果合成至该室外场景的影片上，即能在影片中模拟出所述的自由坠落物的动态层次感、地面淤积及光线的效果，使得影片中的室外场景能在不同风场的环境下，能产生逼近于自然天气(如：风中飘雨、风中飘雪或沙尘暴等)的真实效果。

请参阅图4所示，在前述第二个最佳实施例中，该图像处理系统的方法流程包括下列步骤：

(400)根据使用者选定的自由坠落物的种类，读取该自由坠落物对应的大小、形状、透明度及坠落速度；此外，在该最佳实施例中，该方法亦会根据所选定的自由坠落物的种类，判断自由坠落物在所模拟的室外场景中能呈现的形态，以使所产生的自由坠落物能呈现出多样性和层次性，进而使得室外场景的效果更具立体感。在本发明的其它实施例中，该自由坠落物对应的大小、形状、透明度及坠落速度亦可被设计成能由使用者加以调整者；

(401)随机生成自由坠落物的坠落位置，且依据所读取的坠落速度，产生所述的自由坠落物的垂直坠落纹理；

(402)根据使用者所选定的自由坠落物的种类，判断在所模拟的室外场景中风场是否对自由坠落物的坠落轨迹造成影响，若是，继续下列步骤(403)，否则，继续步骤(404)；由于，在下雨的天气中，雨线在风的影响下，将改变本身的形状，故雨线在风场的影响下，形状及姿态复杂多变，很难模拟，目前，在图形学真实感渲染领域，对有风环境的雨天模拟，大多采用倾斜雨线的简单方式，还没有看到将雨线放在真实模拟的风场中，故在本发明的第二个最佳实施例中，暂时不考虑风场对雨线的坠落轨迹造成的影响，合先陈明；

(403)根据所建立的三维风场，分析及计算三维风场对所述的自由坠落物的坠落轨迹的影响，根据该三维风场对坠落轨迹的影响，调整所述的自由坠落物的坠落纹理，以基于物理模型的自然场景，在每一帧影像上模拟出自由坠落物的动态层次感(如：将雪花放在风场中，即能形成风中飘雪的场景)。在本发明的其它实施例中，该三维风场对应的风力大小及方向亦可被设计成能由使用者加以调整者；

(404)检测每一帧影像的灰阶值，将超过一预定灰阶值的区域，意即影像中较亮的区域，设定成为自由坠落物的淤积区域，且根据自由坠落物的状态，如：液态或固态等，模拟出所述的自由坠落物在该淤积区域的淤积状态。在本发明的其它实施例中，该淤积区域的自由坠落物的淤积量亦可被设计成能由使用者加以调整者；

(405)根据自由坠落物的特性(如：反光或透明度等)，调整每一帧影像的亮度；

(406)将所模拟出的所述的自由坠落物的坠落纹理、在该淤积区域的淤积状态及每一帧影像的亮度调整值，分别合成至影片中室外场景对应的每一帧影像上。如此，即能基于物理模型的自然场景，在影片中模拟出自由坠落物的动态层次感、地面淤积及光线的效果，使得影片中的室外场景能在不同风场的环境下，产生逼近于自然天气的真实效果。

在本发明的第二个最佳实施例中，主要是依下列步骤，参阅图5所示，建构三维风场：

(500)将对应于影片中室外场景的三维空间离散化为N_x*N_y*N_z个网格，在每个格点处，以F_i(r，t)表示风场的分布，其中r代表格点，t代表时间，风可能沿i个方向运动，F_i代表沿i方向运动的流体密度，在本发明的第二个最佳实施例中，是采用15个方向的风场模型，即i＝15，表示风场的方向

如下：

，且据以建构出本发明的三维风场的动力学模型如下：

$F_i(r+\stackrel{\→}{c_i},t+\mathrm{\Δt})=F_i(r+t)+\frac{1}{\mathrm{\τ}}(F_i^{\mathrm{eq}}(u(r,t),\mathrm{\ρ}(r,t))-F_i(r,t))$

，其中 $\mathrm{\ρ}=\underset{i=0}{\overset{14}{\mathrm{\Σ}}}{F}_i$ 代表每个格点处的风流场密度， $u=\underset{i=0}{\overset{14}{\mathrm{\Σ}}}{F}_i\stackrel{\→}{c_i}$ 代表速度场，τ代表张弛时间(Relaxation Time)，

代表风场的平衡分布(BalancedDistribution)，其公式如下：

$F_i^{\mathrm{eq}}(u,\mathrm{\ρ})={\mathrm{\ω}}_i\mathrm{\ρ}[1+\frac{\stackrel{\→}{c_{\mathrm{ia}}}{u}_a}{c_s^2}+{\left(\frac{\stackrel{\→}{c_{\mathrm{ia}}}{u}_a}{c_s^2}\right)}^2-\frac{u_a\·u_a}{2c_s^2}],i=\mathrm{0,1},\·\·\·14$

，其中

代表风场方向

在网格空间坐标a上的方向分量， $c_s^2=1/3,$ 待定参数ω_i的取值如下：

(501)除了建构出三维的风场动力学模型，尚需设定风场的边界条件，在第二个最佳实施例中，是将风场分为上下前后左右六个边界，下边界为地面，风吹到地面会发生反弹，由于，下边界被设置为反弹边界，因此，下边界每个格点处的F_i将取其相反值，其他五个边界则设置为开放边界，边界处F_i不做改变；

(502)对风场进行初始化处理，在第二个最佳实施例中，是将每个格点上F_i的初始状态设定为平衡状态，亦即设定各个格点的ρ，再根据每个方向的权重ω计算出F_i。此外，为防止完全对称的初始化造成系统的不稳定，在初始化处理的过程中，需依下列初始化公式，加上一个很小的常量ε：

F_i(r，0)＝ρω_i+ε

(503)在风场的初始化处理完成后，还要通过改变风场边界不同方向的风粒子密度(Wind Particle Density)来产生风，假设要施加风的格点的风粒子密度为ρ，风场的风向为

该格点的每个方向i上的风粒子密度改变量为ΔF_i，i＝0，1，…14时，可取ΔF_i＝λ_iε_iρV，其中λ_i的取值如下：

${\mathrm{\λ}}_i=\left\{\begin{array}{c}1/4,\mathrm{\Δ}{c}_i=0\\ 1/16,\mathrm{\Δ}{c}_i\∈(0,\mathrm{\π}/2)\\ 0,\mathrm{\Δ}{c}_i=\mathrm{\π}/2\end{array}\right.$

，其中 ${\mathrm{\ϵ}}_i=\left\{\begin{array}{c}1,\mathrm{\Δ}{c}_i\∈[0,\mathrm{\π}/2]\\ -1,\mathrm{\Δ}{c}_i\∈(\mathrm{\π}/2,\mathrm{\π}]\end{array}\right.,$ Δc_i代表

与

间的夹角。

(504)根据使用者所选定的自由坠落物的种类，判断该自由坠落物的图样是否对于其在所模拟的室外场景的风场中的坠落轨迹造成影响，若是，继续下列步骤(504)；否则，进行步骤(505)：

(505)根据使用者选定的自由坠落物的种类，读取该自由坠落物对应的形状信息，以自由坠落物是雪花为例，在该最佳实施例中，雪花是被定义为一半径1～5个像素的球型，且具有10种不同的雪花形状，球的中心坐标为雪花的位置，球的颜色灰阶度是从中心到边缘按某一正态分布渐进地变淡，且可考虑具有残缺的球型，以在所模拟的室外场景中能呈现出自由坠落物的真实形态，使所产生的自由坠落物能表现出多样性和层次性，进而使得室外场景的效果更具立体感；

(506)在对应于影片中室外场景的三维空间，随机生成自由坠落物的坠落位置，且依据所读取的坠落速度，产生所述的自由坠落物的垂直坠落纹理；

(507)在所建构的三维风场的动力学模型中，将各个格点的风速作用于该位置上的自由坠落物(如：雪花)，使得自由坠落物能沿各个格点的风速方向运动，而在影片的室外场景中产生逼近于自然天气(如：风中飘雪)的真实效果。

以上所述，仅为本发明的一最佳具体实施例，惟本发明的设计并不局限于此，任何熟悉该项技艺者在本发明领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆可涵盖在本案的权利要求范围内。

Claims (18)

1.一种在影片中模拟自然天气真实效果的图像处理方法，该方法是应用在一室外场景的影片，以在该影片所呈现的一序列影像上，分别模拟出与自然天气有关的自由坠落物，该方法包括：

定义自由坠落物的种类，每一种自由坠落物对应于一预定的大小、形状、透明度及坠落速度；

根据选定的自由坠落物的种类，读取该自由坠落物对应的大小、形状、透明度及坠落速度，随机地生成该自由坠落物的坠落位置，以在每一帧影像上产生该自由坠落物的垂直坠落纹理；

检测每一帧影像上的灰阶值，并将超过一预定灰阶值的区域，设定成为该自由坠落物的淤积区域；

根据该自由坠落物的状态，在每一帧影像上模拟出该自由坠落物的淤积状态；及

将该自由坠落物的垂直坠落纹理及淤积状态合成至该室外场景的影片上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括利用风场的空气动力学特性，在所模拟的室外场景中，建立一三维风场。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括根据所选定的自由坠落物的种类，判断该三维风场是否对该自由坠落物的坠落轨迹造成影响。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法还包括在判断出该三维风场会对该自由坠落物的坠落轨迹造成影响时，分析及计算该三维风场对该自由坠落物的坠落轨迹的影响，根据该三维风场对坠落轨迹的影响，调整该自由坠落物的坠落纹理。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法还包括根据所选定的自由坠落物的种类，判断该自由坠落物的形状是否对于其在该三维风场中的坠落轨迹造成影响。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当判断出该自由坠落物的形状会对于其在该三维风场中的坠落轨迹造成影响时，根据选定的自由坠落物的种类，读取该自由坠落物对应的形状信息。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的自由坠落物的形状信息是被定义为一半径1至5个像素的球型，且具有多种不同的形状，球的中心坐标为自由坠落物的位置，球的颜色灰阶度是从中心到边缘按某一正态分布渐进地变淡。

8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法，其特征在于，该方法还包括根据所述的自由坠落物的特性，调节每一帧影像的亮度。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的自由坠落物的特性是反光度或透光度。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的自由坠落物的状态是液态或固态。

11.如权利要求2、3、4、5、6或7所述的方法，其特征在于，该方法还尚包括下列步骤，以建构该三维风场：

将对应于影片中室外场景的三维空间离散化为N_x*N_y*N_z个网格，在每个格点处，以F_i(r，t)表示风场的分布，其中r代表格点，t代表时间，风可能沿i个方向运动，F_i代表沿i方向运动的流体密度，并据以建构该三维风场的一动力学模型；

设定该三维风场的边界条件；

对该三维风场进行初始化处理；

通过改变该三维风场的边界的不同方向的风粒子密度，来产生风；及

在该动力学模型中，将各个格点的风速作用于该自由坠落物上，使得该自由坠落物能沿各个格点的风速方向运动。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的风场是采用多个方向的风场模型，即i等于一整数N，

表示风场的方向，据以建构出该三维风场的动力学模型如下：

$F_i(r+\stackrel{\→}{c_i},t+\mathrm{\Δt})=F_i(r+t)+\frac{1}{\mathrm{\τ}}(F_i^{\mathrm{eq}}(u(r,t),\mathrm{\ρ}(r,t))-F_i(r,t)),$

其中

代表每个格点处的风流场密度，

代表速度场，τ代表张弛时间，

代表风场的平衡分布，其公式如下：

$F_i^{\mathrm{eq}}(u,\mathrm{\ρ})={\mathrm{\ω}}_i\mathrm{\ρ}[1+\frac{\stackrel{\→}{c_{\mathrm{ia}}}{u}_a}{c_s^2}+{\left(\frac{\stackrel{\→}{c_{\mathrm{ia}}}{u}_a}{c_s^2}\right)}^2-\frac{u_a\·u_a}{2c_s^2}],i=\mathrm{0,1},...N,$

其中代表风场方向

在网格空间坐标a上的方向分量，

ω_i为一参数，ω_i表示风沿第i个方向的权重，u_a为速度场u在网格空间坐标a上的分量。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的风场的边界条件是将风场分为上下前后左右六个边界，下边界为地面，且设定下边界被设置为反弹边界，下边界每个格点处的F_i将取其相反值，其他五个边界则设置为开放边界，各该开放边界处的F_i不做改变。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的初始化处理是将每个格点上F_i的初始状态设定为平衡状态，即设定各个格点的ρ，再根据每个方向的权重ω_i计算出F_i。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，施加风的格点的风粒子密度为ρ′，风场的风向为

该格点的每个方向i上的风粒子密度改变量为ΔF_i，i＝0，1，…N时，可取ΔF_i＝λ_iε_iρ′V，其中V为雨线的坠落速度，λ_i的取值如下：

${\mathrm{\λ}}_i=\left\{\begin{array}{c}1/4,{\mathrm{\Δc}}_i=0\\ 1/16,{\mathrm{\Δc}}_i\∈(0,\mathrm{\π}/2)\\ 0,{\mathrm{\Δc}}_i=\mathrm{\π}/2\end{array}\right.,$

其中 ${\mathrm{\ϵ}}_i=\left\{\begin{array}{c}1,\mathrm{\Δ}{c}_i\∈[0,\mathrm{\π}/2]\\ -1,\mathrm{\Δ}{c}_i\∈(\mathrm{\π}/2,\mathrm{\π}]\end{array}\right.,$ Δci代表

与

间的夹角。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该方法还包括根据所述的自由坠落物的特性，调节每一帧影像的亮度。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述的自由坠落物的特性是反光度或透光度。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述的自由坠落物的状态是液态或固态。

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