CN103473423A - 喷泉模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷泉模拟系统，其中，包括：一计算机控制一喷嘴以不同的初速度进行喷水，所述计算机同时控制一拍摄设备拍摄不同初速度下喷嘴喷水的形状，所述计算机接收所述拍摄设备的拍摄数据并生成一数据库。本发明解决了现有技术中大型音乐喷泉无法有效进行模拟的问题，本发明提供了一套系统来直接采样真实的喷泉，然后用分析得到的数据来修正sssph的模拟，从而提高虚拟现实中对于喷泉模拟结果的真实性。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟系统，尤其涉及一种通过喷泉采样处理获取数据从而可以对喷泉进行模拟的喷泉模拟系统。
背景技术
音乐喷泉通常是通过音乐来驱动预先制作的驱动信号轨道来实现随着节奏变化的表演。虽然通过信号分析等手段，可以自动生成一部分驱动信号。但自动生成的喷泉表演过于机械而艺术性不足，随着观众对于视觉效果的需求，越来越多的音乐喷泉，尤其是大型的音乐喷泉的表演都是经由导演以及技术人员的合作，人为来调整喷泉的喷水节奏。但是对于大型的喷泉来说，这种调试耗时耗力，每一次喷水测试都需要足够的设备准备，尤其对于大型的设备来说，每一次的调试也会消耗大量的费用。
为了改善对大型音乐喷泉进行编曲时的效率以及降低其调试成本，将大部分的前期编曲工作在虚拟现实的环境中完成会有很大帮助，但是由于需要在虚拟现实环境提供实时的流体模拟，很难采用消耗巨大的复杂的CFD方法，相应的这类系统一般采用SSSPH（Screen Space SPH）算法。由于SSSPH算法是一种相对来说大幅度简化的流体计算方法，其准确性较低。
发明内容
本发明公开了一种喷泉模拟系统，用以解决现有技术中大型音乐喷泉无法有效进行模拟的问题。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种喷泉模拟系统，其中，包括：一计算机控制一喷嘴以不同的初速度进行喷水，所述计算机同时控制一拍摄设备拍摄不同初速度下喷嘴喷水的形状，所述计算机接收所述拍摄设备的拍摄数据并生成一数据库。
如上所述的喷泉模拟系统，其中，所述计算机控制一喷泉控制系统，所述喷泉控制系统控制所述喷嘴喷水的初速度。
如上所述的喷泉模拟系统，其中，所述喷泉的一侧，正对所述摄像设备的位置设有一背景。
如上所述的喷泉模拟系统，其中，一光源对所述背景进行照射，所述背景采用大型漫反射幕布。
如上所述的喷泉模拟系统，其中，所述计算机向所述喷泉控制系统发送一控制信号，所述控制信号的信号长度为一设定值，所述喷泉控制系统接收所述控制信号后控制喷嘴进行喷水，同时计算机控制摄像设备进行视频拍摄，拍摄完成后摄像设备保存一与所述控制信号的强度值对应编号的视频片段。
如上所述的喷泉模拟系统，其中，所述计算机对视频片段进行处理，获得水体光学密度，使用屏幕空间SPH算法对喷泉进行模拟，获取最佳初速度组和与每一控制信号对应的最佳力场数据并存入数据库。
如上所述的喷泉模拟系统，其中，所述计算机对视频片段进行处理，建立一二维网格，生成一水平光学密度数据；
对喷泉进行模拟，对发射口初速度数据组进行均匀采样获得一二维网格，叠加控制信号，通过硬件对模拟的粒子进行着色；生成另一水平光学密度数据，进行位置匹配和范围匹配，获得二维光学密度网格；
将初速度数据做作为基因串，对每一控制信号使用遗传算法进行计算，获取与控制信号匹配的发射速度组；
导入有限空间的力场，使其作用在流体上，将力场作为基因串，对每一控制信号使用遗传算法进行计算，用计算时间作为终止条件获得每一控制信号的最佳力场；
根据控制信号对发射速度组及力场组进行差值过滤，获得发射速度组及力场组函数数据并存入数据库。
如上所述的喷泉模拟系统，其中，所述计算机对每段视频分别进行网格化处理，网格数设置为128x128。
如上所述的喷泉模拟系统，其中，以32*32的采样次数，对发射口的初速度进行采样，并进行遗传算法计算， 计算终止时间定为24小时，确定出最佳初速度组。
如上所述的喷泉模拟系统，其中，使用最佳初速度组，对空间力场进行遗传计算，力场使用16*16*16的网格尺寸，遗传计算终止时间定为72小时，获得最佳力场。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明解决了现有技术中大型音乐喷泉无法有效进行模拟的问题，本发明本发明提供了一套系统来直接采样真实的喷泉，然后用分析得到的数据来修正sssph的模拟，从而提高虚拟现实中对于喷泉模拟结果的真实性。
附图说明
图1是本发明喷泉模拟系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
图1是本发明喷泉模拟系统的结构示意图，请参见图1，一种喷泉模拟系统，其中，包括：一计算机10控制一喷嘴40以不同的初速度进行喷水，计算机10同时控制一拍摄设备拍摄不同初速度下喷嘴40喷水的形状，计算机10接收拍摄设备的拍摄数据并生成一数据库，计算机10根据数据库内的数据对喷泉进行模拟。本发明通过摄像设备20拍摄不同初速度下喷嘴40喷出水花的形状，并且将拍摄的视频进处理，获取不同初速度下喷嘴40喷出水花的数据，将数据传输至计算机进行处理，生成一数据库，从而使得可以在计算机10上进行喷泉的逼真模拟，采样过程中只需要进行一个喷嘴40的采样，模拟时可以按照需要模拟多个喷嘴40，从而适应各种不同的喷泉结构。
本发明的计算机10控制一喷泉控制系统30，喷泉控制系统30控制喷嘴40喷水的初速度。喷泉的一侧，正对摄像设备20的位置设有一背景60。一光源50对背景60进行照射，背景60采用大型漫反射幕布，本发明在夜间进行拍摄，本发明可以采用6500K的强光均匀照亮幕布，从而获得极佳的拍摄效果。本发明中可以采用Canon 5D Mark3作为摄像设备20，使用200mm焦距。本发明也可以采用其它的摄影摄像设备。
在本发明的一个实施利中，本发明的具体设置结构可以为，一喷嘴40设置在一喷水池底部，喷嘴40上连接有一喷泉控制系统30，该喷泉控制系统30与一计算机10相连接，计算机10还连接有一摄像设备20，摄像设备20设置在喷嘴40上方的一侧，一背景20设置在喷嘴40的另一侧，摄像设备20正对喷嘴40。
本发明计算机10向喷泉控制系统30发送一控制信号，控制信号的信号长度为一设定值，喷泉控制系统30接收控制信号后控制喷嘴40进行喷水，同时计算机10控制摄像设备20进行视频拍摄，拍摄完成后摄像设备20保存一与控制信号的强度值对应编号的视频片段。
具体的，因为对于类似喷泉类的流体模拟，模拟环境中最大的影响系数是喷泉喷嘴40处的初速度，本发明通过直接控制喷泉的喷射电压来获取不同的初速度。对于喷泉的控制系统，本发明输入如下的控制信号（信号幅度的单位以喷泉系统最大允许的信号幅度为1个单位） n为总样本数
Si= 
本发明中可以采用信号长度定为30秒，每一次信号输入之间间隔30秒的控制方式。
本发明计算机10对视频片段进行处理，获得水体光学密度，使用屏幕空间SPH算法对喷泉进行模拟，获取最佳初速度组和与每一控制信号对应的最佳力场数据并存入数据库。
本发明计算机10对视频片段进行处理，建立一二维网格，生成一水平光学密度数据；
具体的，对拍摄的视频进行处理，建立二维网格估算水体光学密度（optical density），为Di= 
(Ci为无遮挡时幕布的颜色值，Co为i处网格内平均颜色值，从红色通道取值)。
本发明对喷泉进行模拟，对发射口初速度数据组进行均匀采样获得一二维网格，叠加控制信号，通过硬件对模拟的粒子进行着色；生成另一水平光学密度数据，进行位置匹配和范围匹配，获得二维光学密度网格；
具体的，使用sssph算法在虚拟环境中模拟喷泉，发射口初速度为V()，在
上均匀采样，获得一个二维网格，作为发射的初速度组，并叠加过程1中的测试信号Si，参考Nvidia发布的GPU Gems中第39章内容，以背光光源50，用硬件对模拟的粒子集进行着色，随后同样以过程3中的方法处理改图像，通过位置匹配和范围匹配后，获得二维光学密度网格Dsim，将过程3中网格命名为Dreal。
将初速度数据做作为基因串，对每一控制信号使用遗传算法进行计算，获取与控制信号匹配的发射速度组；
取diff=（）2作为适应度值(取升序排列，值越小则适应度高), 将sssph计算中的初速度数据组V(
)作为基因串，对每一个控制信号使用遗传算法进行计算，用计算时间作为终止条件获得信号Si时最佳发射速度组Vi。
本发明导入有限空间的力场，使其作用在流体上，将力场作为基因串，对每一控制信号使用遗传算法进行计算，用计算时间作为终止条件获得每一控制信号的最佳力场；
具体的，在sssph计算中引入有限空间的力场F(x, y, z)，使其作用在流体上，使用过程5中相同的适应度函数和终止条件，以F为基因串，计算每一个信号Si时的最佳力场Fi。
本发明根据控制信号对发射速度组及力场组进行差值过滤，获得发射速度组及力场组函数数据并存入数据库。
具体的，根据Si对Vi，Fi进行插值过滤，获得函数Vi(Si)和Fi(Si)，应用到sssph的模拟中，由此获得更加接近真实的喷泉模拟结果。
本发明中计算机10对每段视频分别进行网格化处理，网格数设置为128x128。
本发明中以32*32的采样次数，对发射口的初速度进行采样，并进行遗传算法计算，计算终止时间定为24小时，确定出最佳初速度组。
本发明中使用最佳初速度组，对空间力场进行遗传计算，力场使用16*16*16的网格尺寸，遗传计算终止时间定为72小时，获得最佳力场。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明解决了现有技术中大型音乐喷泉无法有效进行模拟的问题，本发明本发明提供了一套系统来直接采样真实的喷泉，通过计算机控制喷嘴及摄像机实现不同初速度的喷泉影像拍摄，对拍摄到的数据进行处理，用分析得到的数据来修正sssph的模拟，从而提高虚拟现实中对于喷泉模拟结果的真实性。
Claims (10)
1.一种喷泉模拟系统，其特征在于，包括：一计算机控制一喷嘴以不同的初速度进行喷水，所述计算机同时控制一拍摄设备拍摄不同初速度下喷嘴喷水的形状，所述计算机接收所述拍摄设备的拍摄数据并生成一数据库，所述计算机根据所述数据库内的数据对喷泉进行模拟。
2.根据权利要求1所述的喷泉模拟系统，其特征在于，所述计算机控制一喷泉控制系统，所述喷泉控制系统控制所述喷嘴喷水的初速度。
3.根据权利要求1所述的喷泉模拟系统，其特征在于，所述喷泉的一侧，正对所述摄像设备的位置设有一背景。
4.根据权利要求3所述的喷泉模拟系统，其特征在于，一光源对所述背景进行照射，所述背景采用大型漫反射幕布。
5.根据权利要求1所述的喷泉模拟系统，其特征在于，所述计算机向所述喷泉控制系统发送一控制信号，所述控制信号的信号长度为一设定值，所述喷泉控制系统接收所述控制信号后控制喷嘴进行喷水，同时计算机控制摄像设备进行视频拍摄，拍摄完成后摄像设备保存一与所述控制信号的强度值对应编号的视频片段。
6.根据权利要求5所述的喷泉模拟系统，其特征在于，所述计算机对视频片段进行处理，获得水体光学密度，使用屏幕空间sph算法对喷泉进行模拟，并对屏幕空间sph算法进行修正，获取最佳初速度组和与每一控制信号对应的最佳力场数据并存入数据库。
7.根据权利要求6所述的喷泉模拟系统，其特征在于，所述计算机对视频片段进行处理，建立一二维网格，生成一水平光学密度数据；
对喷泉进行模拟，对发射口初速度数据组进行均匀采样获得一二维网格，叠加控制信号，通过硬件对模拟的粒子进行着色；生成另一水平光学密度数据，进行位置匹配和范围匹配，获得二维光学密度网格；
将初速度数据做作为基因串，对每一控制信号使用遗传算法进行计算，获取与控制信号匹配的发射速度组；
导入有限空间的力场，使其作用在流体上，将力场作为基因串，对每一控制信号使用遗传算法进行计算，用计算时间作为终止条件获得每一控制信号的最佳力场；
根据控制信号对发射速度组及力场组进行差值过滤，获得发射速度组及力场组函数数据并存入数据库。
8.根据权利要求7所述的喷泉模拟系统，其特征在于，所述计算机对每段视频分别进行网格化处理，网格数设置为128x128。
9.根据权利要求7所述的喷泉模拟系统，其特征在于，以32*32的采样次数，对发射口的初速度进行采样，并进行遗传算法计算， 计算终止时间定为24小时，确定出最佳初速度组。
10.根据权利要求7所述的喷泉模拟系统，其特征在于，使用最佳初速度组，对空间力场进行遗传计算，力场使用16*16*16的网格尺寸，遗传计算终止时间定为72小时，获得最佳力场。
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