摘  要  通过分析现实世界中真实的降雪情景，提出了一种使用三层动态模糊方法的飞雪场景合成技术，并在Matlab开发环境下实现了一个交互式演示程序。实验结果表明，使用三层动态模糊技术所合成的飞雪场景效果逼真，所构造的飞雪具有视觉上的真实感。

关键字  雪景、图像合成、动态模糊、滤波、Matlab

一、引言

自然场景仿真是图形图像领域中的一个颇具理论价值和实践意义的课题，作为自然场景之一的雪景也一直为图形图像领域的学者所关注。构造具有视觉逼真程度雪景的一个重要因素是雪花的模拟。雪花具有其它一般物体所没有的特性，比如说同一时刻降落的雪花大小各异、雪花受外界风力的作用其运动方向不同、雪花的密集程度也随时间而变化。这些客观存在的因素都给雪花的模拟带来一定技术上的难度，使得一些简单的基于粒子系统的雪花模拟效果显得不够逼真。

本文将根据现实降雪过程中雪花的上述不同的特性，提出一种三层动态模糊技术的雪花模拟方法，并在简述其原理后，在Matlab开发环境实现了该方法的演示程序。另外，为了使演示程序具有更好的交互性，本文将使用Matlab图形用户界面开发环境GUIDE来进行编程开发。

二、三层动态模糊技术

现实中的降雪过程大致可以分为三个过程：降雪初期、降雪中期和降雪后期。其中降雪初期雪是以颗粒状落下，一般会有伴有小雨，由于雪粒和小雨在形状和颜色方面很相似，一般难以区分。渐渐地，小雨消失，而雪逐渐由雪粒变成小小的雪花，雪花是以飘落的形式从天而降。降雪中期雪是以团状飘落的，这时候的雪花大小总体上明显大于初期，并且雪花也下的相对密集。最后，降雪进入到后期，这时候的雪花大小和密度类似于降雪初期。在本文中我们将关注的重点放在降雪中期，因为这时候的雪花的形状更丰富更具有代表性，初期和后期的降雪都可视为中期降雪的一个特例。

在一个真实的降雪情景中，根据雪花离观察者距离的远近，理论上它们无序地分布在无数多层上。但是，如果进行这么多层雪花的模拟，其计算量将相当可观，进而会引发诸如大容量内存需求和程序的低速运行等一系列问题。为此，有必要对雪花的分布层数进行简化，为降低内存需求和提高运行速度提供理论基础。

仔细观察一副由般数码相机拍摄到的中期降雪图像（参考图1a），可以发现，雪花可以大致分为三层。离镜头最近的雪花往往是模糊了的较大的圆形状（参考图1b中的红色标识区域）；离镜头次近的雪花也大多呈圆形，其大小总体小于前者，但是其比前者更清晰（参考图1b中的蓝色标识区域）。而离镜头较远的雪花，其外观小于前二者，而清晰度介于前面二者之间。另外，图1中的前景中的行人、中景里的街道和汽车以及远景中的墙壁都呈现一定程度的模糊，这是上述三层雪花综合作用的结果。

 a  原始图像 

b  分层标识的图像

图1 真实生活中的降雪场景