(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210750179.7 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 南京大学 地址 210008 江苏省南京市 鼓楼区汉口路 22号 (72)发明人 顾馨兰　过洁　郭延文　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 冯艳芬 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 30/20(2020.01) A63F 13/60(2014.01) (54)发明名称 基于大气分层模型的三维云景程序化建模 方法、 装置及设备 (57)摘要 本发明公开了一种基于大气分层模型的三 维云景程序化建模方法、 装置和设备， 方法包括： (1)将场景地形高度图作为地形环境模型， 将大 气层分为低、 中、 高三层； (2)根据风场计算大气 层各区域的对流性， 并将低、 中、 高三层大气层的 对流性分别生成一张灰度纹理的对流分布图； (3)根据每层大气层的对流分布图判断其对应区 域的云类型； (4)通过三维Perlin噪声和Worley 噪声的不同叠加分别塑造不同体积云的三维类 型纹理； (5)按照每层大气层各区域的云类型， 在 云景范围包围盒的对应区域填充对应类型云的 三维类型 纹理， 并使用光线步进算法着色器对体 积云进行渲染， 在相机后处理步骤中绘制于屏幕 上。 本发明能够实时预览、 兼具云景真实感和便 捷性。 权利要求书3页 说明书9页 附图6页 CN 115222880 A 2022.10.21 CN 115222880 A 1.一种基于大气分层模型的三维云景程序化建模方法， 其特 征在于该 方法包括： (1)将场景地形高度图作 为地形环境模型， 将大气层分为低、 中、 高三层， 将各大气层中 的风场采用带有大小和方向的圆形区域表示； (2)根据风场计算大气层各区域的对流性， 并将低、 中、 高三层大气层的对流性分别生 成一张灰度纹 理的对流分布图； (3)根据每层大气层的对流分布图判断其对应区域的云类型， 云类型包括层 云、 卷云和 积云； (4)通过三维Perlin噪声和Worley噪声的不同叠加分别塑造卷云、 积 云、 层云三种体积 云的三维类型纹 理； (5)按照每层大气层各区域的云类型， 在云景范围包围盒的对应区域填充对应类型云 的三维类型纹理， 并使用光线步进算法着色器对体积云进行渲染， 在相 机后处理步骤中绘 制于屏幕上。 2.根据权利要求1所述的基于大气分层模型的三维云景程序化建模方法， 其特征在于： 步骤(1)中用于表示风场的圆形区域具备以下参数： 中心点C、 半径R、 风向D和风力强度I， 其 中， 中心点C和半径R为 风场的大小参数， 风向D和风力强度I 为风场的方向参数。 3.根据权利要求1所述的基于大气分层模型的三维云景程序化建模方法， 其特征在于： 步骤(2)具体包括： (2‑1)对低、 中、 高层大气层的每 个像素点依次进行风场覆盖检测； (2‑2)按照下式计算每一像素点的单风场对流 性Conv0： 式中， α 为风场 基础影响强度系数， p表示大气层像素点坐标， n表示覆盖p的风场数量， i 表示覆盖p的风场编号， dist()表示两点之间的欧氏距离， Ci表示风场i中心点， Ri表示风场 i半径， Ii表示风场i强度； (2‑3)按照下式计算每一像素点的风场间对流 性： 式中， β 为风场间影响强度系数， j表示覆盖p的风场编号， Cj表示风场j中心点， Rj表示风 场j半径， Ij表示风场j强度， Di,Dj分别表示 风场i、 j风向， dot()表示 点积运算； (2‑4)按照下式计算每一像素点的地形间对流 性： 式中， m表示迎风山坡的风场个数， k表示当前像素点大气层为低层大气层， 区域地形为权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115222880 A 2迎风山坡的风场序号， Dk、 Ik表示风场k风向、 强度， saturate()表示将 计算结果截断在0和1 之间； (2‑5)将每一像素点所有对流性求和， 并归一化到[0,1]范围内， 得到每一像素点的归 一化对流性Conv； Conv＝saturate(Co nv0+Conv1+Conv2) (2‑6)将三个大气层的所有像素点的归一化对流性Conv分别生成一张灰度纹理的对流 分布图。 4.根据权利要求3所述的基于大气分层模型的三维云景程序化建模方法， 其特征在于： 所述迎风山坡具体的判断方法为： 计算地形 的梯度， 判断地形的梯度上升方向与风场的风 向夹角是否小于预设角度阈值， 若是， 则判定当前地形为迎风 山坡。 5.根据权利要求1所述的基于大气分层模型的三维云景程序化建模方法， 其特征在于： 步骤(3)中云类型的判断方法为： 在高层大气层中， 对流性小于第一阈值的区域的云类型判 定为层云， 对流性位于第一阈值和第二阈值之间的区域的云类型判定为卷云， 对流性大于 第二阈值的区域的云类型判定为积云； 在中层大气层和低层大气层中， 对流性小于第三阈 值的区域的云类型判定为层云， 大于第三阈值的区域的云类型判定为积云， 所述第一阈值、 第二阈值和第三阈值 为不同的值。 6.根据权利要求1所述的基于大气分层模型的三维云景程序化建模方法， 其特征在于： 步骤(5)具体包括： (5‑1)使用长方体作为云景区域包围盒， 并按照大气层各区域的云类型， 在对应云景区 域包围盒的对应区域 填充对应 类型云的三维类型纹 理； (5‑2)使用光线步进着色器绘制每个云景区域包围盒内的区域， 绘制区域的每个像素 时， 沿着一条由相机发出的光线 行进， 并沿着该光线的每个点采样三维类型纹理， 得到体积 云密度， 再以该点为原点， 向光源步进进行光照的步进计算， 逐步累计受光能量， 绘制出云 对光线存在的吸 收、 外散射、 内散射 三种光照效果。 7.一种基于大气分层模型的三维云景程序化建模 装置， 其特 征在于包括： 大气分层模块， 用于将场景地形高度图作为地形环境模型， 将大气层分为低、 中、 高三 层， 将各大气层中的风场采用带有大小和方向的圆形区域表示； 对流性计算模块， 用于根据风场计算大气层各区域的对流性， 并将低、 中、 高三层大气 层的对流 性分别生成一张灰度纹 理的对流分布图； 云类型判断模块， 用于根据每层大气层的对流分布图判断其对应区域的云类型， 判断 方法为： 对流性小于第一阈值的区域的云类型判定为层云， 对流性位于第一阈值和第二阈 值之间的区域的云类型判定为卷云， 对流 性大于第二阈值的区域的云类型判定为积云； 云塑造模块， 通过三维Perlin噪声和Worley 噪声的不同叠加分别塑造卷云、 积 云、 层云 三种体积云的三维类型纹 理； 云绘制模块， 用于按照每层大气层各区域的云类型， 在云景范围包围盒的对应区域填 充对应类型云的三维类型纹理， 并使用光线步进算法着色器对体积云进行渲染， 在相 机后 处理步骤中绘制于屏幕上。 8.一种基于大气分层模型的三维云景程序化建模设备， 其特 征在于， 包括： 一个或多个处 理器；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115222880 A 3