煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成過(guò)程的模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及壁畫(huà)虛擬修復(fù)和數(shù)字藝術(shù)仿真領(lǐng)域，具體涉及一種煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成 過(guò)程的模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煙熏壁畫(huà)真實(shí)感模擬是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理正常壁畫(huà)圖像，使其呈現(xiàn)遭受煙熏破 壞后的效果，該技術(shù)在壁畫(huà)虛擬修復(fù)、數(shù)字藝術(shù)仿真等領(lǐng)域具有重要的理論研宄和實(shí)際應(yīng) 用價(jià)值。
[0003] 煙熏壁畫(huà)的形成過(guò)程，從本質(zhì)上說(shuō)是黑色煙霧顆粒在壁畫(huà)表面不斷附著的過(guò)程。 如圖1所示，煙霧顆粒從起火點(diǎn)發(fā)出后，沿著拋物線FR經(jīng)過(guò)穩(wěn)定火焰區(qū)、間斷火焰區(qū)、煙氣 羽流區(qū)和熱煙氣層后到達(dá)頂端；煙霧顆粒與頂端發(fā)生鏡面反射后，沿弧線RA運(yùn)動(dòng)到A，豎直 速度變成〇,然后沿直線AG進(jìn)行水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)煙霧顆粒運(yùn)動(dòng)到同側(cè)熱煙氣 層邊界點(diǎn)G時(shí)，進(jìn)入下落階段；上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程如右側(cè)的軌跡F - R - A - G - E所示。對(duì)于 少部分煙霧顆粒，可能會(huì)在鏡面反射后的沿弧線運(yùn)動(dòng)階段就到達(dá)同側(cè)熱煙氣層邊界，從而 直接進(jìn)入下落階段，如左側(cè)的軌跡F - R' 一G' 一E'所示。由此可知，煙霧顆粒的運(yùn)動(dòng)范 圍主要由穩(wěn)定火焰區(qū)、間斷火焰區(qū)、煙氣羽流區(qū)和熱煙氣層4部分構(gòu)成，它與壁畫(huà)之間的吸 附效應(yīng)主要發(fā)生在上述區(qū)域；煙霧顆粒離開(kāi)熱煙氣層后開(kāi)始下落，在下落過(guò)程中某些顆粒 會(huì)吸附在壁畫(huà)表面。壁畫(huà)上的煙熏痕跡是煙霧顆粒運(yùn)動(dòng)集合在壁畫(huà)表面的投影，運(yùn)動(dòng)集合 的邊界決定煙熏痕跡的幾何形態(tài)，煙霧顆粒的分布密度決定煙熏痕跡的不透明度。圖2是 豎直墻壁上典型的煙熏痕跡，可以看出，在大部分情況下，處于火羽流（穩(wěn)定火焰區(qū)、間斷 火焰區(qū)、煙氣羽流區(qū)）的煙霧顆粒形成"U"形煙熏痕跡，處于熱煙氣層的煙霧顆粒形成"朵 朵云"形煙熏痕跡，處于下落階段的煙霧顆粒形成隨機(jī)分布煙熏痕跡，壁畫(huà)上的實(shí)際煙熏痕 跡是上述三種煙熏痕跡的合成。
[0004] 目前，煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成過(guò)程的模擬方法主要包括下述兩種：
[0005] (1)使用Photoshop等軟件在正常壁畫(huà)圖像表面覆蓋煙熏圖層。
[0006] (2)使用火災(zāi)模擬軟件（火災(zāi)動(dòng)態(tài)模擬器）模擬火災(zāi)發(fā)生過(guò)程，截取煙熏區(qū)域的火 災(zāi)圖痕。
[0007] 上述方法可以在正常壁畫(huà)表面形成煙熏效果，但存在如下缺陷：
[0008] (1)真實(shí)感差：第一種方法缺乏煙熏壁畫(huà)形成的理論基礎(chǔ)，無(wú)法表示煙熏壁畫(huà)的 動(dòng)態(tài)形成過(guò)程；其羽化操作導(dǎo)致煙熏強(qiáng)度從中心到邊緣逐漸減弱，但實(shí)際煙熏強(qiáng)度分布具 有一定的隨機(jī)性，不遵循逐漸減弱的規(guī)則分布。第二種方法采用從藍(lán)到紅的連續(xù)顏色表示 煙痕顆粒分布密度由低到高，其表面色彩是從藍(lán)到紅連續(xù)顏色的子集，不符合煙熏壁畫(huà)的 真實(shí)色彩情況。
[0009] (2)步驟繁瑣：第一種方法需要4個(gè)基本步驟，第2種方法需要3個(gè)基本步驟。每 個(gè)基本步驟都包括若干操作，尤其是第2種方法的基本步驟1，需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)和搭 建火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，相當(dāng)復(fù)雜。
[0010] (3)不易掌握：第一種方法需要輸入大量參數(shù)，參數(shù)之間存在諸多關(guān)聯(lián)，而且無(wú)法 表示煙熏效應(yīng)的物理學(xué)意義，需要使用者具備一定的經(jīng)驗(yàn)和技巧，不易被一般用戶所掌握； 第二種方法需要輸入大量描述煙熏顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)參數(shù)，直觀性較差，需要使用者 具備一定的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)，不適用于非理工科的文博保護(hù)和藝術(shù)設(shè)計(jì)人員。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有的煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成過(guò)程的模擬方法所存在 的真實(shí)感差、步驟繁瑣和不易掌握的問(wèn)題。
[0012] 為此目的，本發(fā)明提出一種煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成過(guò)程的模擬方法，包括：
[0013] 根據(jù)煙霧顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、范圍、速度、粒徑和壁畫(huà)顏料對(duì)煙霧顆粒的吸附性，建 立基于煙霧顆粒運(yùn)動(dòng)及分布規(guī)律的煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成模型；
[0014] 根據(jù)所述煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成模型，將煙霧顆粒整體運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨機(jī)轉(zhuǎn)換為每個(gè)煙霧 顆粒自身的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并根據(jù)所述每個(gè)煙霧顆粒自身的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算煙霧顆粒在不同時(shí) 刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
[0015] 根據(jù)所述煙霧顆粒在不同時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算壁畫(huà)在煙霧顆粒所在位置處對(duì)煙 霧顆粒的吸附概率閾值，根據(jù)所述吸附概率閾值，確定出煙霧顆粒繪制區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)的不 透明度，并根據(jù)所述不透明度，采用可視化方法動(dòng)態(tài)繪制吸附在壁畫(huà)表面的煙霧顆粒。
[0016] 另一方面，本發(fā)明提出一種煙熏壁畫(huà)真實(shí)感模擬裝置，包括：
[0017] 模型建立單元，用于根據(jù)煙霧顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、范圍、速度、粒徑和壁畫(huà)顏料對(duì)煙 霧顆粒的吸附性，建立基于煙霧顆粒運(yùn)動(dòng)及分布規(guī)律的煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成模型；
[0018] 計(jì)算單元，用于根據(jù)所述煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成模型，將煙霧顆粒整體運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨機(jī) 轉(zhuǎn)換為每個(gè)煙霧顆粒自身的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并根據(jù)所述每個(gè)煙霧顆粒自身的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算煙 霧顆粒在不同時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
[0019] 繪制單元，用于根據(jù)所述煙霧顆粒在不同時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算壁畫(huà)在煙霧顆粒 所在位置處對(duì)煙霧顆粒的吸附概率閾值，根據(jù)所述吸附概率閾值，確定出煙霧顆粒繪制區(qū) 域內(nèi)像素點(diǎn)的不透明度，并根據(jù)所述不透明度，采用可視化方法動(dòng)態(tài)繪制吸附在壁畫(huà)表面 的煙霧顆粒。
[0020] 本發(fā)明實(shí)施例煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成過(guò)程的模擬方法及裝置，綜合關(guān)于煙霧顆粒運(yùn)動(dòng) 軌跡、范圍、速度、粒徑和吸附性的分析，建立基于煙霧顆粒運(yùn)動(dòng)及分布規(guī)律的煙熏壁畫(huà)動(dòng) 態(tài)形成模型，模擬開(kāi)始時(shí)，首先將輸入的煙霧顆粒整體運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨機(jī)轉(zhuǎn)換為每個(gè)煙霧顆粒 實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)；然后將每個(gè)煙霧顆粒的參數(shù)帶入模型，計(jì)算其在不同時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和吸 附概率閾值，并使用合適的可視化技術(shù)繪制吸附在壁畫(huà)上的煙霧顆粒，能夠解決現(xiàn)有的煙 熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成過(guò)程的模擬方法所存在的真實(shí)感差、步驟繁瑣和不易掌握的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為單個(gè)煙熏顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖；
[0022] 圖2為豎直墻壁上典型的煙熏痕跡示意圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明一種煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成過(guò)程的模擬方法一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖；
[0024] 圖4為熱煙氣層邊界示意圖；
[0025] 圖5為煙熏區(qū)域的"裂縫"現(xiàn)象示意圖；
[0026] 圖6為圖1中下落起點(diǎn)G上方的豎直速度零點(diǎn)W。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明 一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有 做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028] 本實(shí)施例公開(kāi)一種煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成過(guò)程的模擬方法，包括：
[0029] 根據(jù)煙霧顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、范圍、速度、粒徑和壁畫(huà)顏料對(duì)煙霧顆粒的吸附性，建 立基于煙霧顆粒運(yùn)動(dòng)及分布規(guī)律的煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成模型；
[0030] 根據(jù)所述煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成模型，將煙霧顆粒整體運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨機(jī)轉(zhuǎn)換為每個(gè)煙霧 顆粒自身的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并根據(jù)所述每個(gè)煙霧顆粒自身的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，計(jì)算煙霧顆粒在不同時(shí) 刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
[0031] 根據(jù)所述煙霧顆粒在不同時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算壁畫(huà)在煙霧顆粒所在位置處對(duì)煙 霧顆粒的吸附概率閾值，根據(jù)所述吸附概率閾值，計(jì)算煙霧顆粒繪制區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)的不透 明度，并根據(jù)所述不透明度，采用可視化方法動(dòng)態(tài)繪制吸附在壁畫(huà)表面的煙霧顆粒。
[0032] 可選地，在本發(fā)明煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成過(guò)程的模擬方法的另一實(shí)施例中，所述根據(jù) 所述煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成模型，將煙霧顆粒整體運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨機(jī)轉(zhuǎn)換為每個(gè)煙霧顆粒自身的運(yùn) 動(dòng)參數(shù)，包括：
[0033] 讀取正常壁畫(huà)圖像，顯示在預(yù)設(shè)的區(qū)域；
[0034] 基于所述煙熏壁畫(huà)動(dòng)態(tài)形成模型，輸入描述煙霧顆粒整體運(yùn)動(dòng)的參數(shù)；
[0035] 根據(jù)所述描述煙霧顆粒整體運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，計(jì)算熱煙氣層的左右邊界形態(tài)參數(shù)；其 中，所述熱煙氣層的左右邊界形態(tài)