CN111145324A - 基于植被顶点的动画模拟的方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于植被顶点的动画模拟的方法、装置及电子设备，预先设置植被顶点的位置和风的参数；其中，风的参数包括风向和风力大小；方法包括：根据风的参数和预先设的多个正弦波，确定植被顶点的摆动偏移；其中，多个正弦波的频率互不相同；根据风的参数和预先设的三角波，确定植被的顶点的震动偏移；根据植被顶点的位置、摆动偏移和震动偏移对植被进行动画模拟。本发明可以获得丰富的动画效果，提升植被动画的真实感。

Description

基于植被顶点的动画模拟的方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及动画模拟技术领域，尤其是涉及一种基于植被顶点的动画模拟的方法、装置及电子设备。

背景技术

植被在构建真实感的游戏场景中起着非常重要的作用，特别是在野外的自然场景。在游戏中，栩栩如生的植被可以大幅度提升场景的效果，提高玩家的沉浸感。在现实中，由于植被体型较小，枝叶比较柔软，往往会伴随着风的吹拂进行摆动，因此这个特性的模拟对渲染真实感的植被起着重要的作用。

在现有方案中，通常采用正弦波模拟植被在风的方向的摆动，计算出偏移以后，把偏移加到植被的顶点位置p上就可以达到植被在风的吹动下按照正弦波摆动的效果。但是，现有的技术方案以单颗植被作为模拟的对象，效果比较单调。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于植被顶点的动画模拟的方法、装置及电子设备，以获得了丰富的动画效果，提升了植被动画的真实感。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于植被顶点的动画模拟的方法，预先设置植被顶点的位置和风的参数；其中，风的参数包括风向和风力大小；方法包括：根据风的参数和预先设的多个正弦波，确定植被顶点的摆动偏移；其中，多个正弦波的频率互不相同；根据风的参数和预先设的三角波，确定植被的顶点的震动偏移；根据植被顶点的位置、摆动偏移和震动偏移对植被进行动画模拟。

在一种实施方式中，多个正弦波包括：施加在风向的第一正弦波、施加在水平面上垂直于风向的方向上的第二正弦波和第三正弦波。

在一种实施方式中，根据风的参数和预先设的多个正弦波，确定植被顶点的摆动偏移的步骤，包括：

按照如下公式计算摆动偏移：

swaying_v＝sin(a×(t+phase_v))×v

swaying_v'＝(sin(b×(t+phase_v))×sin(c×(t+phase_v)))×v'

swaying＝swaying_v+swaying_v'

其中，swaying_v表示植被顶点在风向上的摆动偏移，swaying_v'表示植被顶点在水平面上垂直于风向的方向上的摆动偏移，swaying表示植被顶点总的摆动偏移，phase_v表示植被顶点摆动波形的相位，植被顶点摆动波形的相位为植被位置的水平面上项的和，v表示风向，v'表示水平面上垂直于风向的方向，a表示第一正弦波的频率，b表示第二正弦波的频率，c表示第三正弦波的频率。

在一种实施方式中，三角波施加在风向上。

在一种实施方式中，根据风的参数和预先设的三角波，确定植被的顶点的震动偏移的步骤，包括：

按照如下公式计算震动偏移：

shaking＝normalize(v+n)×|frac(t+phase_o)×2-1|

其中，phase_o表示植被顶点震动波形的相位，植被顶点震动波形的相位为植被顶点的位置的和，shaking表示植被顶点的震动偏移。

在一种实施方式中，植被顶点的震动方向为风向和植被顶点的法线和的方向。

在一种实施方式中，根据植被顶点的位置、摆动偏移和震动偏移对植被进行动画模拟的步骤，包括：

按照如下公式计算植被顶点偏移后的位置：

p_new＝p+(swaying+shaking)×p_y

其中，p表示偏移前的植被顶点的位置，p_new表示偏移后的植被顶点的位置，p_y表示植被的高度；

根据植被顶点偏移后的位置对植被进行动画模拟。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于植被顶点的动画模拟的装置，预先设置植被顶点的位置和风的参数；其中，风的参数包括风向和风力大小；装置包括：第一确定模块，用于根据风的参数和预先设的多个正弦波，确定植被顶点的摆动偏移；其中，多个正弦波的频率互不相同；第二确定模块，用于根据风的参数和预先设的三角波，确定植被的顶点的震动偏移；动画模拟模块，用于根据植被顶点的位置、摆动偏移和震动偏移对植被进行动画模拟。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的计算机可执行指令，处理器执行计算机可执行指令以实现上述第一方面提供的任一项的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述第一方面提供的任一项的方法的步骤。

本发明实施例提供的上述基于植被顶点的动画模拟的方法、装置及电子设备，能够预先设置植被顶点的位置和风的参数(风向和风力大小)，可以根据风的参数和预先设的正弦波以及三角波确定植被顶点的摆动偏移和震动偏移，从而基于植被顶点的位置、摆动偏移和震动偏移对植被进行动画模拟。上述方法可以通过预先设的多个叠加的频率互不相同的正弦波模拟成片植被波浪式的摆动，并且通过预先设的三角波模拟植被叶片的上下震动，从而获得了丰富的动画效果，提升了植被动画的真实感。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于植被顶点的动画模拟的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种水平面上垂直于风向的方向上叠加后的波形示意图；

图3为本发明实施例提供的一种三角波的波形示意图；

图4为本发明实施例提供的一种植被顶点震动方向的确定方式的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种基于植被顶点的动画模拟的装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，现有技术方案以单颗植被作为模拟的对象，使用正弦波模拟植被在单一方向上做重复的摆动，这种实现方法假定风的方向不变，风力的大小也不变，效果比较单调，基于此，本发明实施例提供的一种基于植被顶点的动画模拟的方法、装置及电子设备，可以获得丰富的动画效果，提升植被动画的真实感。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于植被顶点的动画模拟的方法进行详细介绍，参见图1所示的一种基于植被顶点的动画模拟的方法的流程示意图，该方法可以由电子设备执行，主要包括以下步骤S101至步骤S103：

步骤S101：根据风的参数和预先设的多个正弦波，确定植被顶点的摆动偏移。

其中，多个正弦波的频率互不相同。在一种具体的实施方式中，风的参数可以是预先设置的，包括风向和风力大小，可以表示为W＝[v(x,y,z),w]，其中，v为矢量，表示在三维场景中风的方向，w为标量，表示风力的大小。

预先设的多个正弦波可以是施加在风向的第一正弦波、施加在水平面上垂直于风向的方向上的第二正弦波和第三正弦波。其中，第一正弦波可以模拟植被在风向上的摆动；第二正弦波可以使植被在风的方向上有左右摇摆的效果，模拟风向的摇摆；第三正弦波是叠加在垂直于风的方向上的波形上的频率较低的波，可以形成波形上的突刺，突刺可以用来表示自然中突然加强的阵风，参见图2所示的一种水平面上垂直于风向的方向上叠加后的波形示意图，示意出叠加后的波形上形成表示阵风的突刺。

在具体应用中，第一正弦波、第二正弦波和第三正弦波的频率可以分别是1.125、0.975和0.397，根据叠加的三个正弦波以及预设的风的参数，可以确定植被顶点的摆动偏移(也就是植被顶点在风向上的摆动偏移和植被顶点在水平面上垂直于风向的方向上的摆动偏移的和)。

步骤S102：根据风的参数和预先设的三角波，确定植被的顶点的震动偏移。

在一种具体的实施方式中，植被在风吹动下，叶片会进行上下震动，因此可以通过三角波模拟叶片的震动偏移，三角波施加在风向上。参见图3所示的一种三角波的波形示意图，示意出三角波可以在波峰和波谷的位置快速折回，比正弦波更能模拟震动的效果。

为了引入随机性，不同的顶点震动的相位应有所差别，因此，可以使用植被顶点在模型空间的位置的和作为震动波形的相位，用phase_o表示；参见图4所示的一种植被顶点震动方向的确定方式的示意图，示意出震动的方向(即v+n的方向)可以是风向(即v的方向)和植被顶点法线方向(即n的方向)的和的方向，这样既考虑了植被网格的朝向，也考虑了风的方向。基于上述预先设的三角波，可以确定植被的顶点的震动偏移。

步骤S103：根据植被顶点的位置、摆动偏移和震动偏移对植被进行动画模拟。

在一种具体的实施方式中，计算出植被顶点的摆动偏移和震动偏移以后，把偏移加到植被的顶点位置p上就可以达到植被在风的吹动下的动画效果。需要注意的是，由于植被越高，摆动的幅度越大，而根部是不动的，因此，计算时需要把植被的高度作为一个系数，以达到越高的顶点摆动幅度越大的效果。

本发明实施例提供的上述基于植被顶点的动画模拟的方法，能够预先设置植被顶点的位置和风的参数(风向和风力大小)，可以根据风的参数和预先设的正弦波以及三角波确定植被顶点的摆动偏移和震动偏移，从而基于植被顶点的位置、摆动偏移和震动偏移对植被进行动画模拟。上述方法可以通过预先设的多个叠加的频率互不相同的正弦波模拟成片植被波浪式的摆动，并且通过预先设的三角波模拟植被叶片的上下震动，从而获得了丰富的动画效果，提升了植被动画的真实感。

进一步，由于植被波浪在风的吹动下会有向前移动的效果，可以通过令植被开始摆动的时刻不同来模拟向前移动效果，整体的波浪和植被的位置相关，因此可以使用植被在世界空间的位置的水平面上项(即x和z)的和作为该颗植被的相位(phase_v)，使植被之间的摆动具有相关性。

因此，对于上述步骤S101可以按照如下公式计算植被顶点的摆动偏移：

swaying_v＝sin(a×(t+phase_v))×v

swaying_v'＝(sin(b×(t+phase_v))×sin(c×(t+phase_v)))×v'

swaying＝swaying_v+swaying_v'

其中，swaying_v表示植被顶点在风向上的摆动偏移，swaying_v'表示植被顶点在水平面上垂直于风向的方向上的摆动偏移，swaying表示植被顶点总的摆动偏移，v'表示水平面上垂直于风向的方向(将风向v的x和z项交换即可得到)，a表示第一正弦波的频率，b表示第二正弦波的频率，c表示第三正弦波的频率。

进一步，对于上述步骤S102可以按照如下公式计算植被顶点的震动偏移：

shaking＝normalize(v+n)×|frac(t+phase_o)×2-1|

其中，phase_o表示植被顶点震动波形的相位，植被顶点震动波形的相位为植被顶点位置的和，shaking表示植被顶点的震动偏移，normalize为向量规范化的操作，frac为取一个数的小数部分的操作。

在通过上述步骤得到植被顶点的摆动偏移swaying和震动偏移shaking后，将作为植被在风吹动下的偏移加到植被的顶点中即可得到植被在风吹动下的动画效果，可以按照如下公式计算植被顶点偏移后的位置：

p_new＝p+(swaying+shaking)×p_y

其中，p表示偏移前的植被顶点的位置，p_new表示偏移后的植被顶点的位置，p_y表示植被的高度；根据植被顶点偏移后的位置对植被进行动画模拟。

上述基于植被顶点的动画模拟的方法，通过波形叠加的方式对植被在风的吹动下的效果进行了模拟，既有成片植被整体波浪式的摆动，也有叶片细节的震动，同时通过调整波形的不同的频率模拟了阵风的效果，有利于GPU的高速并行执行，增加较小的开销的基础上获得了丰富的效果，提升了植被动画的真实感。

对于前述实施例提供的基于植被顶点的动画模拟的方法，本发明实施例还提供了一种基于植被顶点的动画模拟的装置，预先设置植被顶点的位置和风的参数；其中，风的参数包括风向和风力大小；参见图5所示的一种基于植被顶点的动画模拟的装置的结构示意图，该装置可以包括以下部分：

第一确定模块501，用于根据风的参数和预先设的多个正弦波，确定植被顶点的摆动偏移；其中，多个正弦波的频率互不相同。

第二确定模块502，用于根据风的参数和预先设的三角波，确定植被的顶点的震动偏移。

动画模拟模块503，用于根据植被顶点的位置、摆动偏移和震动偏移对植被进行动画模拟。

本发明实施例提供的上述基于植被顶点的动画模拟的装置，能够预先设置植被顶点的位置和风的参数(风向和风力大小)，可以根据风的参数和预先设的正弦波以及三角波确定植被顶点的摆动偏移和震动偏移，从而基于植被顶点的位置、摆动偏移和震动偏移对植被进行动画模拟。上述装置可以通过预先设的多个叠加的频率互不相同的正弦波模拟成片植被波浪式的摆动，并且通过预先设的三角波模拟植被叶片的上下震动，从而获得了丰富的动画效果，提升了植被动画的真实感。

在一种实施方式中，上述第一确定模块501还用于：按照如下公式计算摆动偏移：

swaying_v＝sin(a×(t+phase_v))×v

swaying_v'＝(sin(b×(t+phase_v))×sin(c×(t+phase_v)))×v'

swaying＝swaying_v+swaying_v'

其中，swaying_v表示植被顶点在风向上的摆动偏移，swaying_v'表示植被顶点在水平面上垂直于风向的方向上的摆动偏移，swaying表示植被顶点总的摆动偏移，phase_v表示植被顶点摆动波形的相位，植被顶点摆动波形的相位为植被位置的水平面上项的和，v表示风向，v'表示水平面上垂直于风向的方向，a表示第一正弦波的频率，b表示第二正弦波的频率，c表示第三正弦波的频率。

在一种实施方式中，上述第二确定模块502还用于：按照如下公式计算震动偏移：

shaking＝normalize(v+n)×|frac(t+phase_o)×2-1|

其中，phase_o表示植被顶点震动波形的相位，植被顶点震动波形的相位为植被顶点位置的和，shaking表示植被顶点的震动偏移。

在一种实施方式中，上述动画模拟模块503还用于：按照如下公式计算植被顶点偏移后的位置：

p_new＝p+(swaying+shaking)×p_y

其中，p表示偏移前的植被顶点的位置，p_new表示偏移后的植被顶点的位置，p_y表示植被的高度。

在一种实施方式中，上述动画模拟模块503还用于：根据植被顶点偏移后的位置对植被进行动画模拟。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

本发明实施例还提供了一种电子设备，具体的，该电子设备包括处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上实施方式的任一项所述的方法。

图6为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备100包括：处理器60，存储器61，总线62和通信接口63，所述处理器60、通信接口63和存储器61通过总线62连接；处理器60用于执行存储器61中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器61可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口63(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线62可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器61用于存储程序，所述处理器60在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器60中，或者由处理器60实现。

处理器60可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器60中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器60可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61，处理器60读取存储器61中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例所提供的可读存储介质的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见前述方法实施例，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于植被顶点的动画模拟的方法，其特征在于，预先设置植被顶点的位置和风的参数；其中，所述风的参数包括风向和风力大小；所述方法包括：

根据所述风的参数和预先设的多个正弦波，确定所述植被顶点的摆动偏移；其中，所述多个正弦波的频率互不相同；

根据所述风的参数和预先设的三角波，确定所述植被的顶点的震动偏移；

根据所述植被顶点的位置、所述摆动偏移和所述震动偏移对所述植被进行动画模拟。

2.根据权利要求1所述的基于植被顶点的动画模拟的方法，其特征在于，所述多个正弦波包括：

施加在所述风向的第一正弦波、施加在水平面上垂直于所述风向的方向上的第二正弦波和第三正弦波。

3.根据权利要求1所述的基于植被顶点的动画模拟的方法，其特征在于，所述根据所述风的参数和预先设的多个正弦波，确定所述植被顶点的摆动偏移的步骤，包括：

按照如下公式计算所述摆动偏移：

swaying_v＝sin(a×(t+phase_v))×v

swaying_v'＝(sin(b×(t+phase_v))×sin(c×(t+phase_v)))×v'

swaying＝swaying_v+swaying_v'

其中，swaying_v表示植被顶点在风向上的摆动偏移，swaying_v'表示植被顶点在水平面上垂直于风向的方向上的摆动偏移，swaying表示植被顶点总的摆动偏移，phase_v表示植被顶点摆动波形的相位，所述植被顶点摆动波形的相位为植被位置的水平面上项的和，v表示风向，v'表示水平面上垂直于风向的方向，a表示第一正弦波的频率，b表示第二正弦波的频率，c表示第三正弦波的频率。

4.根据权利要求1所述的基于植被顶点的动画模拟的方法，其特征在于，所述三角波施加在所述风向上。

5.根据权利要求1所述的基于植被顶点的动画模拟的方法，其特征在于，所述根据所述风的参数和预先设的三角波，确定所述植被的顶点的震动偏移的步骤，包括：

按照如下公式计算所述震动偏移：

shaking＝normalize(v+n)×|frac(t+phase_o)×2-1|

其中，phase_o表示植被顶点震动波形的相位，所述植被顶点震动波形的相位为所述植被顶点的位置的和，shaking表示植被顶点的震动偏移。

6.根据权利要求5所述的基于植被顶点的动画模拟的方法，其特征在于，所述植被顶点的震动方向为所述风向和所述植被顶点的法线和的方向。

7.根据权利要求1所述的基于植被顶点的动画模拟的方法，其特征在于，所述根据所述植被顶点的位置、所述摆动偏移和所述震动偏移对所述植被进行动画模拟的步骤，包括：

按照如下公式计算所述植被顶点偏移后的位置：

p_new＝p+(swaying+shaking)×p_y

其中，p表示偏移前的植被顶点的位置，p_new表示偏移后的植被顶点的位置，p_y表示植被的高度；

根据所述植被顶点偏移后的位置对所述植被进行动画模拟。

8.一种基于植被顶点的动画模拟的装置，其特征在于，预先设置植被顶点的位置和风的参数；其中，所述风的参数包括风向和风力大小；所述装置包括：

第一确定模块，用于根据所述风的参数和预先设的多个正弦波，确定所述植被顶点的摆动偏移；其中，所述多个正弦波的频率互不相同；

第二确定模块，用于根据所述风的参数和预先设的三角波，确定所述植被的顶点的震动偏移；

动画模拟模块，用于根据所述植被顶点的位置、所述摆动偏移和所述震动偏移对所述植被进行动画模拟。

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。

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