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1、基于计算机视觉和粒子系统的三维云模拟【摘要】云是很常见的一种自然现象，真实感云的模拟是计算机图形学领域具有挑战性的研究课题。文章提出了一种基于计算机视觉和粒子系统的三维云建模方法。首先利用计算机视觉技术从现有的二维云图像中提取云的三维信息，然后利用粒子系统填充该三维空间，最后通过纹理映射和Billboard技术实现三维云的绘制。与以往云建模方法相比，该方法简单、实用，适用于模拟不同种类的云，如层云、积云、卷云等。【关键词】云模拟；计算机视觉；粒子系统Simulating3DcloudbasedoncomputervisionandparticlesystemGONGL
2、in1,WANGShanbin1,GUDaquan2(1.ZhenjiangWatercraftCollege,TheCenterofSimulation,Zhenjiang212003,China；2.InstituteofMeteorology,PLAUniversity.ofScienceandTechnology,Nanjing211101,China)Abstract:Cloudsareanimportantpartofnaturalenvironment.Therealisticsimulationofcloudisachallenging13topici
3、ncomputergraphics.Thispaperproposesasimple,efficientapproachbasedoncomputervisionandparticlesystemtomodelvarious3Dclouds.Thismethodusescomputervisiontechnologytoextract3Dstructureinformationofcloudsfromimages,thenusingparticlestechnologytofillthe3Dspaceandrenderthecloud.Atlast,thecloudi
4、srenderedbyusingtexturemappingandbillboardtechnology.Thismethodissuitabletomodelallkindsofclouds,suchasstratus,cumulus,cirrusetc.Itisanimprovementoverearliersystemsthatmodeledonlyonetypeofcloud.Keywords:cloudsimulation;computervision;particlesystem13云的模拟一直是计算机图形学中最具有挑战性的研究方向之一。在过去的20年里，
5、国内外研究人员提出了一些云模拟仿真的方法，目前按照建模技术的不同，主要分为以下四种方法：第一是粒子系统方法［1,2］；第二是过程纹理函数方法［3,4］；第三是基于变形球的方法［5,6］；第四是基于物理过程的方法［7,8］。尽管这些方法能产生比较真实的云图像，但大部分云建模技术仿真产生的云的形状都是随机的，或者只是针对某一种类的云，想要产生不同种类的云（如积云、卷云、层云）就不能使用同一种建模方法。虽然基于物理过程的方法可以解决这一问题，能产生不同种类的云，但庞大的时间和空间消耗，目前的计算机工作平台还不能满足其要求。因此本文初步探索了一种基于计算机视觉技术和粒子系统的
6、三维云模拟方法。该方法可以模拟出不同类型的云，如层云、积云、卷云等等。主要思想是首先利用计算机视觉技术从真实拍摄的云图中提取云的三维轮廓形状，然后使用粒子系统填充该三维空间。在具体实现时，我们首先是从云图中恢复云体的二维形状；然后利用计算机视觉技术扩充这个二维轮廓到三维空间从而构成一个三维的云体；最后使用成千上万个粒子填充该三维空间。每个粒子都具有半径、密度、颜色和透明度等属性，通过适当地调整云粒子的这些属性，我们可以得到很好的云效果。本文在初步实现时，主要实现了如下的工作：(1)根据现有的云图，通过用户标记特定的特征参数来选定相应的生成元，比如云的大体轮廓形状，在控
7、制云的轮廓过程中，并适当地进行平移、缩放、旋转等组合操作来重建三维云的轮廓。(2)根据图像中云表面的明暗变化来恢复云层的厚度和光照的变化。(3)充分利用粒子特性在三维空间内进行粒子填充渲染。131技术背景〖*2〗1.1计算机视觉技术计算机视觉研究的本质问题就是利用二维投影图像来认知和识别三维世界，三维重建技术能够从二维图像出发构造具有真实感的三维图形，为进一步的场景变化和组合运算奠定基础。其中阴影恢复形状法是计算机视觉中三维形状恢复(3Dshaperecovery)问题中关键技术之一［9］，其任务是利用单幅图像中物体表面的明暗变化来恢复表面各点的相对
