[发明专利]基于纹理投影方法的海上溢油可视化及交互方法

说明书

本发明公开了一种基于纹理投影方法的海上溢油可视化及交互方法，包括以下步骤：基于海上溢油数学模型生成海面溢油多边形；基于投影变换进行溢油多边形的投影变换；基于纹理烘焙方法进行溢油多边形纹理生成并基于着色器进行片元融合；根据多边形裁剪方法进行多边形交互。本发明通过海上溢油模型生成溢油多边形后，采用纹理贴图技术对多边形进行纹理贴图，从而实现不同油膜可视化效果。本发明无需进行特定模型纹理坐标计算，可以在任意表面山进行绘制，所有变换在GPU(图形加速卡)中进行，充分利用了GPU高效并行计算能力，提高油膜纹理绘制效率。本发明通过基于多边形裁剪算法可以实现快速的仿真，能够实现海上溢油交互的效果。

技术领域

本发明属于航海场景仿真技术领域，特别涉及一种航海模拟器中海面溢油可视化及交互方法。

背景技术

随着我国经济的发展和国际经济对石油等相关产品的依赖，海上石油运输占据着越来越重要的地位。同时随着世界航运的发展和船舶数量的增加，由于船员队伍素质的参差不齐，导致海上事故也随之增加，海上事故往往伴随着溢油的发生。在此背景下加强应急人员的培训和演练尤为重要。通过应急演练的开展可以对演练中暴露出的问题和不足进行总结，对应急预案进行修改和完善，使之更具有针对性、实用性、可操作性^[1]。构建基于VR技术的海上溢油应急培训系统，可大大提高培训人员的应急能力，减少实际应急训练的成本。该系统的关键技术之一是“真实感海上溢油三维场景”，如何高效、逼真地实现海上溢油场景的动态可视化是一个十分有挑战性的课题。

溢油模型方面：Fay^[2,3]、Lehr^[4]和Liu^[5]分别对溢油模型进行研究。Fay最早提出了三阶段溢油扩散模型。Lehr在Fay的基础上考虑了风场对油膜的影响。Liu在此基础上提出了一个溢油扩散统一模型。

现有的海面溢油可视化成果中，相关学者主要采用的是基于油粒子方法和平面反射技术进行可视化，如李久松^[6]、余枫^[7]、任鸿翔^[8]、吕憧憬^[9]、荣占东^[10]。由于其方法是根据镜面反射原理，将可视化对象反射到海面上，同“水中倒影”一样将可视化对象反射到海面，该方法由于受到入射角和反射角的影响，海面溢油的可视范围受到观察者的观察角度及海面背景的影响，因此存在着一定的“盲区”，特别是在靠近溢油的区域该现象尤为明显；其次由于基于油粒子的方法绘制的溢油块是不连续的，无法再现整块成片溢油的可视化。再次，现有的油粒子方法中，虽然能够对单个粒子设置油膜纹理，但是所由于所采用是离散粒子形式，无法再现整体油膜纹理的效果，无法体现不同油膜纹理效果，不能良好地再现海上不同油品溢油的效果。因此现有的油粒子方法虽然能够模拟海上溢油的效果，但是其可视化效果仍然不够理想，如油膜破碎、不能体现完整连续油膜效果、不能很好体现不同油膜纹理可视化效果等。此外，已有研究中涉及海上溢油交互内容很少，而交互技术却又是海上溢油应急模拟中关键技术之一。因此急需提出基于多边形裁剪算法的海上溢油交互方法，用于实现溢油与围油栏等溢油应急设备交互功能。

上述技术的参考文如下：

[1]梅玉龙,应急演练计算机三维模拟系统研究.中国安全生产科学技术,2012.8(4):第92-97页。

[2]Fay,J.A.,The Spread of Oil Slicks on a Calm Sea.Oil on the Sea,1969:p.53-64.。

[3]Fay,J.A.,Physical Processes in The Spread of Oil on A WaterSurface.Physical-Biological Effects,1971:p.463-470。