[发明专利]一种基于WebGL的三维晶体结构可视化方法

说明书

本发明为解决现有三维材料可视化技术中没有考虑到周期性晶体结构的结构可视化特征的缺陷，提出一种基于WebGL的三维晶体结构可视化方法，包括以下步骤：预设WebGL元数据及three.js模型；初始化作为可视化对象的网格模型参数；获取目标晶体学信息文件，从晶体学信息文件中读取目标晶体的结构信息；利用three.js模型，根据目标晶体的结构信息创建分别表示原子、化学键、晶体盒子、坐标轴的网格模型；将创建的分别表示原子、化学键、晶体盒子、坐标轴的网格模型保存到网格模型集合中，根据预设的WebGL元数据及three.js模型并通过渲染器将所有网格模型渲染到画布，完成三维晶体结构可视化。

技术领域

本发明涉及三维仿真技术领域，更具体地，涉及一种基于WebGL的三维晶体结构可视化方法。

背景技术

在材料科学与工程学科中，晶体结构占据着至关重要的地位，为了详细地描述和展示材料的晶体结构，需要对其进行可视化。目前用于晶体结构可视化的软件主要包括Material Studio,VESTA,VMD等。

WebGL(Web Graphics Library，Web图形库)是将JavaScript和OpenGLES2.0结合在一起而形成的基于OpenGL的网页绘图标准，WebGL最大的便利之处是免去了为浏览器安装外部插件的麻烦，能够利用GPU加速处理图像。Three.js是一款运行在浏览器中的3D引擎，通过使用Three.js可以直接在网页端渲染三维模型和动画效果，在网页端实现快速加载并渲染出高品质的三维模型，以及实现真实感较强的三维模型动画运动效果。如公开号为CN109493404A(公开日为2019-03-19)提出的三维渲染方法及装置，能够实现将晶体结构进行三维可视化。

然而，目前利用WebGL和HTML5实现三维材料可视化的技术主要针对非周期性小分子结构进行开发，没有考虑到周期性晶体结构的结构可视化特征，无法全面展示晶体结构的可视化特征。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的三维材料可视化技术中没有考虑到周期性晶体结构的结构可视化特征的缺陷，提供一种基于WebGL的三维晶体结构可视化方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于WebGL的三维晶体结构可视化方法，包括以下步骤：

S1：预设WebGL元数据及three.js模型；

S2：初始化作为可视化对象的网格模型参数；

S3：获取目标晶体学信息文件，从晶体学信息文件中读取目标晶体的结构信息；

S4：利用three.js模型，根据目标晶体的结构信息创建分别表示原子、化学键、晶体盒子、坐标轴的网格模型；

S5：将创建的分别表示原子、化学键、晶体盒子、坐标轴的网格模型保存到网格模型集合中，根据预设的WebGL元数据及three.js模型并通过渲染器将所有网格模型渲染到画布，完成三维晶体结构可视化。

优选地，S1步骤中，预设WebGL元数据及three.js模型的具体步骤包括：

S1.1：预设three.js模型中画布的尺寸，预设three.js模型中用于辅助展示晶体结构的立方体，以立方体的任一顶点作为原点建立坐标轴；

S1.2：预设three.js模型中场景及渲染器，其中渲染器的大小与画布大小相等；

S1.3：设置three.js模型中的缩放比，并初始化平移矩阵和旋转矩阵；

S1.4：设置three.js模型所用相机为正交相机，设置当前相机的参数；当前相机的参数包括：相机视锥体垂直视野角、视锥体的纵横比、相机离视体积最近距离、相机离视体积最远距离、相机的目标点；其中视锥体的纵横比设置为画布的长宽比；