[发明专利]一种海浪三维可视化效果评估方法

说明书

技术领域

本发明属于虚拟现实技术领域，具体为一种客观赋权的海浪三维可视化效果评估方法。

背景技术

由于受到地理、气候、政治、经济以及自然等多种因素的制约，能够实时、逼真的模拟出复杂多变的海浪，不仅在虚拟现实应用、计算机图形学以及学科发展等方面具有重要地位，在军事、电影、游戏等领域也有着十分广泛的应用前景和重要的经济价值。在船海工程领域，对海浪的模拟可显著缩减开发成本与周期，保证施工的顺利进行；在军事领域虚拟海战仿真中，模拟海浪的逼真性直接影响到用户进行系统作战进程观察、战场态势分析和作战效果评估，同时模拟海浪的实时性则影响到操作人员在其中进行各种复杂任务的训练和作战演练。因此模拟海浪的真实性在很大程度上决定了实验、仿真结果的可信性。

海浪的建模和绘制一直以来是计算机图形学研究的热点、难点问题之一，其核心是采用合适的建模和绘制方法，提高海浪模拟的实时性和真实感。近几十年间海浪的建模方法很多，如基于几何建模、基于海浪谱建模等。表1比较了几种海浪模型各自的特点。

表1海浪模型特点比较

由表1可知，海浪的建模方法很多，不同方法可视化效果不尽相同，在实际的应用中实时性和真实感都难以同时满足用户要求。目前对于海浪可视化效果的评估处在初级阶段，基本采用主观赋权评估方法，且评价指标没有一个严格共识的标准，主观赋权评估结果往往会因为人的感知能力和识别能力差异而造成评估结果具有很大的主观性，造成评估结果可信度低。

熵值法是一种客观赋值法，其基于“差异驱动”原理能够突出局部差异，并结合实际数据求得最优权重，反映指标信息熵值的效用价值，指标权重更具有客观性，具有较高的再现性及可信度。同时对指标进行无量纲化处理时，应用归一法，具有单调性、缩放无关性和总量恒定性等优点。

雷达图分析法是综合评价中常用的一种方法，尤其适用于对多属性体系结构描述的对象做出全局性、整体性评价。近些年在多元资料评价中得到广泛应用并对其进行了改进，首先扇形区域面积大小由指标权重决定；其次评价结果不因指标排序顺序而产生差异；最后利用扇形区域对角线作指标轴，既极大限度地体现了各指标的独立权重又反映了各指标之间的相互影响和作用。

综上所述，针对海浪可视化效果主观评估可信度低，提出一种海浪可视化效果的客观评估方法，对可视化效果进行评估，达到最终选取满足实时性、逼真度要求的海浪可视化方法的目的，并应用在军事国防领域、科学领域、工程领域海洋环境构建仿真中。

发明内容

针对目前海浪评估主观评估可信度低、评价指标单一、评价过程不透明以及直观性差的缺点，本发明结合客观赋权法熵值法和雷达图法，提出一种海浪可视化效果客观评估方法，该方法具有评价方式客观科学、评价指标丰富、评价结果直观等优点。

海浪可视化效果评估指标包括帧频、网格顶点数、纹理特性、材质属性、帧频稳定性、光照效果、多分辨率层级、海况表达、海浪与物体交互特性等9项指标。这些指标涵盖海浪模型、动态属性、计算机图形学、虚拟现实及可视化等方面。图1给出了海浪可视化效果评估指标体系。

首先，提取不同海浪建模方法可视化效果对应的评价指标客观标量值构建决策矩阵。利用熵值法计算各指标熵值、差异系数，进而确定各指标权重。其次，根据熵值法得到的指标权重确定扇形角度值与指标轴位置绘制雷达图。最后通过评价函数确定不同海浪建模方法可视化效果评估量化值，得到客观的评价结果。评估过程如图2所示。

设有m种海浪建模方法，n项评价指标，各指标值为x_ij(1≤i≤m,1≤j≤n)。具体实施步骤如下：

步骤1：将各指标在评价方案中的原始客观数据组成决策矩阵，利用客观赋权法熵值法计算各指标值的变异信息量和指标间的相关信息量进而确定各指标权重。该过程包括如下子步骤：

1)由各评估指标原始客观数据组成决策矩阵X＝(x_ij)_m×_n

2)对决策矩阵X进行归一化处理：得到归一化矩阵Y＝(y_ij)_m×n

3)计算第j个指标的熵值e_j