[发明专利]一种海洋天然气水合物三相动态虚拟构建方法

说明书

本发明提供了一种海洋天然气水合物三相动态虚拟构建方法，该方法利用眼球追踪交互定位视角位置，通过三维空间几何解析获得观察点位置，并根据深度压力转换与海洋温度场模型，得到观察点处的压力值与温度值，根据由地温梯度、水温梯度、深海天然气水合物相平衡曲线等构建的天然气水合物三相状态判别模型，判断该观察点位置处的天然气水合物物理状态，然后在三维场景中动态展示，实现以眼球追踪为驱动的天然气水合物三相状态动态模拟效果。该发明实现了海洋天然气水合物三相转换的虚拟化构建和表达，从而直观、形象表达了海洋天然气水合物的稳定机理，基于本发明可构建不同海区的天然气水合物三相虚拟场景，并广泛地用于海洋天然气水合物实验室测试分析研究、现场开采模拟、教学和科普等领域。

技术领域

本发明属于海洋天然气水合物稳定机理的动态虚拟场景构建技术领域，具体涉及一种海洋天然气水合物三相动态虚拟构建方法，通过虚拟化技术实现了动态构建海洋天然气水合物三相场景。

背景技术

天然气水合物资源具有分布广、能源密度高等特点，是一种潜在的能源，同时也是一种亚稳定能源，如海洋天然气水合物在深海不同压力、温度下可表现为固、液、气三种状态，其相态转换直接制约着形成天然气水合物的最大深度和矿层厚度，同时也是天然气水合物开采难度大的主要原因。通过虚拟现实技术，模拟天然气水合物赋存环境及三相动态转换过程，能形象生动反映天然气水合物在不同温度、压力等环境下的形态，有助于辅助设计水合物开采方案。

以往对于其三相相态转换的研究和认识主要以文字描述、图片等二维方式为主，一些机构研制的天然气水合物开采模拟实验装置，也可以一定程度上说明三相转换，但无法全面表达其动态过程，且由于实验条件、场地等限制，无法广泛地用于开采模拟、实验分析、教学和科普等领域。

目前，国内外尚没有天然气水合物三相转换虚拟现实场景，天然气水合物三相转换是一个动态过程，为满足应用天然气水合物三相知识点进行开采模拟、实验分析等需求，亟待提出一种建立海洋天然气水合物三相虚拟场景和动态展示的新方案。

发明内容

本发明提出一种海洋天然气水合物三相动态虚拟构建方法，克服以往无法形象化表达复杂的海洋天然气水合物三相变化的问题，通过视角定位交互方式动态控制天然气水合物三相变化视景，沉浸式体验以协助观察天然气水合物三相变化细节，对于天然气水合物分解与合成过程模拟、开采过程模拟以及教育和科普等具有重要意义。

本发明是采用以下技术方案实现：一种海洋天然气水合物三相动态虚拟构建方法，包括以下步骤：

(1)根据天然气水合物赋存区的温度、地质、地理等相关资料，构建三维深海环境场景，包括海底地质体、海底生物、海水等；

(2)构建天然气水合物三维模型，包含固态、液态、气态三种模型，通过设置形状、大小、颜色、透明度、材质等参数以区别不同状态下的天然气水合物模型；

(3)在深海水合物赋存区三维几何模型场景中，建立相对三维直角坐标系，基于眼球追踪定位技术，通过眼动位置及其观察方向，得到观察视线与水合物赋存区三维模型内某观察面的交点，所述交点为观察点，通过三维空间几何解析，计算出观察点的位置；

(4)根据观察点位置，进行深度-压力转换，获得观察点深度对应的压力值；

(5)根据观察点空间位置与温度场模型，计算观察点位置处的温度值；

(6)基于天然气水合物相平衡的影响因素，设置相关参数生成天然气水合物相平衡曲线，并以此来模拟天然气水合物海洋环境，所述影响因素包括气体组份、孔隙水成分、孔隙半径、沉积物粒径；

(7)结合天然气水合物相平衡曲线、水温梯度、地温梯度、海底地形、天然气水合物底界等构建天然气水合物三相判决模型，根据该模型确定当前深度与温度条件(或压力与温度)下，观察点处天然气水合物的物理状态；