本发明专利技术涉及一种基于粒子系统的运载火箭尾焰仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.对运载火箭尾焰粒子进行定义和初始化；S2.依据运载火箭飞行轨迹和规律，确定尾焰喷管的运动轨迹；S3.分析运载火箭整个飞行时段中尾焰粒子受力情况，确定其力学模型；S4.确定运载火箭在飞行状态稳定时的尾焰粒子计算模型；S5.确定运载火箭飞行姿态调整过程中的尾焰粒子计算模型。S6.组合步骤S4和S5的计算模型，获得运载火箭整个飞行时段的尾焰计算模型，对运载火箭进行尾焰更新。本发明专利技术的有益效果是：对“间隙”现象进行粒子填补，根据“间隙”上下临界面上粒子的特点和粒子对应关系，估算出填充粒子的参数值，获得更具逼真性的仿真尾焰。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于虚拟现实
，特别涉及一种运载火箭的尾焰仿真技术。技术背景虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术 或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视 觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度 空间内的事物。运载火箭发射和飞行过程中的尾焰属于不规则的模糊物体，这类物体的三维模型 构建对增强视景仿真的逼真度具有重要作用。目前，针对这类不规则物体的建模和仿真有 傅立叶(Fournier)的分形算法和Reeves W. Τ.的粒子系统理论算法。Fournier的分形算法 需要进行大量的迭代计算，对计算机的系统要求很高，因此在一定程度上限制了该方法的 应用，同时也很难满足实时性的要求；而粒子系统理论算法则是将模拟的对象分解为大量 微小粒子的组合，每一个粒子都具有各自的生命周期、形状、位置、运动速度和运动方向等， 因此该方法被认为是迄今为止模拟不规则模糊物体最为成功的算法，特别适合用来仿真火 箭火焰动态过程。在基于粒子系统理论算法的运载火箭尾焰仿真中，尾焰模型被定义成由一定数量 的不规则的、随机分布的粒子所组成。每个粒子都有其形状、颜色、位置、速度等属性信息， 而且都有各自的生命周期，它们不断运动、颜色不断变化，充分体现了尾焰的静态和动态特 性。粒子系统是一个复杂动态系统，系统中的粒子随时间不断地改变位置、颜色、运动速度 等属性，而且其过程中不断有新粒子生成和旧粒子消亡。粒子的每个相关控制参数都有一 定的规律或是规则进行控制，同时也有一些随机过程的影响，因此它能够较为真实的模拟 出火箭尾焰的动态过程。现有的粒子系统理论仿真算法在仿真火箭稳定飞行状态下的尾焰状况时，表现很 好。但是，在用于处理火箭飞行姿态调整时，由于运载火箭发动机喷管角度的旋转突变，因 而造成尾焰存在一定的“间隙”现象，如图2所示。而在真实的飞行姿态调整过程中是不会 出现这样的现象。因此，现有的基于粒子系统尾焰仿真算法不能真实地仿真出运载火箭飞 行姿势变换时的尾焰状况。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有的粒子系统尾焰仿真算法在处理运载火箭在飞行 姿态调整时，出现的尾焰“间隙”现象，提出了。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案一种基于粒子系统的运载火箭尾焰仿真 方法，其特征在于，包括如下步骤Si.对运载火箭尾焰粒子进行定义和初始化；S2.依据运载火箭飞行轨迹和规律，确定尾焰喷管的运动轨迹；S3.分析运载火箭整个飞行时段中尾焰粒子受力情况，确定其力学模型；S4.确定运载火箭在飞行状态稳定时的尾焰粒子计算模型；S5.确定运载火箭飞行姿态调整过程中的尾焰粒子计算模型。S6.组合步骤S4和S5的计算模型，获得运载火箭整个飞行时段的尾焰计算模型， 对运载火箭进行尾焰更新。上述步骤5包括如下分步骤S51.计算第一个转换帧时，喷管转换的角度；S52.确定“间隙”上下两平面SA、SB上粒子对应关系；S53.通过模拟方法对“间隙”处进行粒子填充；S54.确定“间隙”内部所填充粒子的对应关系；S55.确定所填充粒子的参数。上述步骤S55中所填充粒子的参数和其在SA、SB平面上对应粒子的参数是相近 的，因此它们的主要变量参数估算方法如下V(i)‘间隙=V(j) ‘ SA+rand()v = V(k) ‘ SB+rand()vColor ⑴{R、G、B}间隙=Color (j) {R、G、B} SA+rand () color= Color (k) {R、G、B} SB+rand () colorBrightness (i)间隙=Brightness (j)SA+rand()B = Brightness (k) SB+rand () B其中，V(i) ‘ 表示“间隙”处填充的第i个粒子的速度，V(j)SA表示在SA平面上 第j个粒子的速度，V(k) ‘ SB表示在SB平面上第k个粒子的速度；“间隙”处填充的第i个 粒子、SA平面上第j个粒子和SB平面上第k个粒子具有对应关系；rand()B表示亮度的随 机函数。本专利技术的有益效果是针对现有粒子系统仿真算法在处理火箭飞行姿态调整时， 由于运载火箭发动机喷管角度的变化，造成按照变化前角度飞行的运载火箭尾焰并未完全 消失，因而与在转换后角度下产生的尾焰形成一定的“间隙”现象。本专利技术对“间隙”现象 进行粒子填补，并根据“间隙”上下临界面上粒子的特点和粒子对应关系，估算出填充粒子 的参数值，获得更具逼真性的仿真尾焰。附图说明图1为本专利技术提出的基于粒子系统的运载火箭尾焰仿真方法流程图。图2为采用现有的粒子系统仿真算法在处理运载火箭飞行姿态调整过程中某时 刻的仿真结果图。图3为采用传统粒子系统算法的运载火箭飞行姿态转换过程的尾焰“间隙”产生 原理图。图4为尾焰粒子受力情况示意图。图5为尾焰“间隙”上下界面对应关系图。图6为“间隙”处粒子填补原理图。图7为“间隙”处填充粒子的对应关系图。图8为采用本方法的运载火箭姿态转换过程尾焰仿真图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明。再对具体实施例做详细说 明前，先对本专利技术所依据的理论做简要的介绍。本专利技术的基本思路是在运载火箭尾焰仿真过程中，将其飞行阶段区分为飞行角 度固定的稳定飞行阶段和飞行姿态调整的不稳定飞行阶段；现有的粒子系统可以在稳定飞 行阶段能很好地仿真出尾焰状况。但在处理飞行姿态调整阶段，由于其粒子速度的突变，造 成按照变化前角度飞行的运载火箭尾焰并未完全消失，因而会与在转换后角度下产生的尾 焰形成一定的“间隙，，现象。而在真实的尾焰则不存在这样的“间隙”，为消除此现象，在现 有粒子系统算法的基础上提出了一种基于粒子运动规律的粒子填充方法，以及基于粒子对 应关系的“间隙”填充粒子参数估算方法，从而获得完整、连续的尾焰仿真模型。如图1所示，本专利技术所述的运载火箭尾焰仿真方法的具体实施方案如下Si.对运载火箭尾焰粒子进行定义和初始化；该步骤对进行运载火箭尾焰粒子进行定义和初始化，在本实施例中，定义了运载 火箭初始状态的粒子数目、粒子初始位置、粒子初始速度、生存期、粒子初始颜色、亮度、形 状和大小。Sll.对初始状态的粒子数目进行定义和初始化；在给定屏幕显示区域内产生一定数量的火焰粒子，初始状态的粒子数目的定义很 关键，它决定了火焰的密度和规模，数目过小，则容易出现失真现象，无法满足真实感要求； 数目过大则要占用系统大量的时间，实时性受到影响。此外，初始状态的粒子数目还与粒子 的大小相关。本步骤中，分析运载火箭尾焰的特点，定义运载火箭尾焰的静态特征；根据运 载火箭尾焰的特点，定义尾焰粒子的模型；根据运载火箭初始尾焰的特点，尾焰粒子参数信 息的初始化。本步骤对各个参数进行定义和初始化的具体过程如下S12.对初始状态的粒子数目进行定义和初始化；初始状态的粒子数目 Num0 = [Meannumber+rand OnumX Varnumber] XArea/Size ；式中=Numtl为初始状态的粒子数目，Meannumber为屏幕上单位区域内产生单位大 小的粒子数目的平均值，Varnumber为屏幕上单位区域内产生单位大小的粒子本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于粒子系统的运载火箭尾焰仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：Ｓ１．对运载火箭尾焰粒子进行定义和初始化；Ｓ２．依据运载火箭飞行轨迹和规律，确定尾焰喷管的运动轨迹；Ｓ３．分析运载火箭整个飞行时段中尾焰粒子受力情况，确定其力学模型；Ｓ４．确定运载火箭在飞行状态稳定时的尾焰粒子计算模型；Ｓ５．确定运载火箭飞行姿态调整过程中的尾焰粒子计算模型。Ｓ６．组合步骤Ｓ４和Ｓ５的计算模型，获得运载火箭整个飞行时段的尾焰计算模型，对运载火箭进行尾焰更新。
【技术特征摘要】
1.一种基于粒子系统的运载火箭尾焰仿真方法，其特征在于，包括如下步骤Si.对运 载火箭尾焰粒子进行定义和初始化；52.依据运载火箭飞行轨迹和规律，确定尾焰喷管的运动轨迹；53.分析运载火箭整个飞行时段中尾焰粒子受力情况，确定其力学模型；54.确定运载火箭在飞行状态稳定时的尾焰粒子计算模型；55.确定运载火箭飞行姿态调整过程中的尾焰粒子计算模型。56.组合步骤S4和S5的计算模型，获得运载火箭整个飞行时段的尾焰计算模型，对运 载火箭进行尾焰更新。2.根据权利要求1所述的一种基于粒子系统的运载火箭尾焰仿真方法，其特征在于， 上述步骤5包括如下分步骤551.计算第一个转换帧时，喷管转换的角度；552.确定“间隙”上下两平面SA、SB上粒子对应关系；553.通过模拟方法对“间隙”处进行粒子填充；554.确定“间隙”内部所填充粒子的对应关系；555.确定所填充粒子的参数。3.根据权利要求2所述的一种基于粒子系统的运载火箭尾焰仿真方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘民岷，方黎勇，李辉，邓洪勤，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90
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