[发明专利]一种海洋场景漫游系统的构建方法

说明书

一种海洋场景漫游系统的构建方法，涉及虚拟现实及计算机图像学技术领域，包括如下步骤：步骤1：虚拟海洋场景建模；步骤2：虚拟海洋场景漫游对象及场景对象建模；步骤3：基于斐波那契网格的局部感知模型进行鱼群运动行为规划设计；步骤4：人机交互过程及多用户协同漫游系统设计。本发明通过对海面高度场仿真中正余弦计算过程进行优化，提高了海面高度场绘制速率；基于斐波那契网格点分布对避障探测向量生成过程进行优化，提高了鱼群运动行为规划中避障探测向量的生成效率及分布的均匀性；采用多线程方式对鱼群仿真的计算过程进行优化，提高了场景中鱼群群体数量较大时的画面帧速率。

技术领域

本发明涉及虚拟现实及计算机图像学技术领域，特别是涉及一种海洋场景漫游系统的构 建方法。

背景技术

近年来随着虚拟现实技术的发展，以其沉浸感(Immersive)、交互性(Interactive)、 智能化、想象性(Imagination)四大特性，使得信息的传播与感知更加真实和生动，因此采 用虚拟现实技术实时显示海洋环境，进行海洋环境漫游仿真系统的研究，已经成为当前建设 “数字海洋”重要研究方向之一。

虚拟现实技术除了逼真的直观视觉，还可以通过相关数据传感设备在多维信息感知空间 中建立交互，带来更加真实的体验。交互性是虚拟现实技术不可或缺的特性，是指漫游者可 以通过操作漫游载体与虚拟环境进行交互的过程。目前大多数虚拟海洋场景比较偏向于三维 场景的展示，对于场景中漫游载体的模型构建及交互操作的相关研究较少，因此开展水中漫 游系统构建的相关技术研究对于我国“数字海洋”计划及相关产业的发展具有理论意义和实 际应用价值。

在海洋场景漫游系统构建中，动态海面的构建及鱼群运动行为规划决定了海洋场景的最 终呈现效果。构建满足逼真性和实时性的大规模海面可以采用统计和谱的方法，此种方法由 于需要构造谱函数，所以建立的模型比较复杂且计算量较大。另外，目前鱼群运动行为规划 大多是基于Reynolds所提出的Flocking算法模型，该模型虽然能较好的模拟多个个体自然 的群聚行为，但是若要使个体具备避障能力，普遍的做法是以个体为起点，人为设置一定数 量密集排列的射线来探测个体周围障碍物，但是人为设置这些射线比较耗时，排布并不一定 “均匀”，对射线排布方式进行改变时操作复杂，且当群体规模较大(个体数量较多)时， 会由于计算机资源的限制产生画面卡顿。

发明内容

本发明提供了一种海洋场景漫游系统的构建方法，该方法能够提高海洋场景构建过程中 海面帧绘制速率，并针对基于Flocking算法的鱼群运动行为规划中避障探测射线分布不均匀 且调整费时、以及鱼群群体规模较大(个体数量较多)时由于计算机计算资源的限制而产生 的画面卡顿问题，提出了基于斐波那契网格的局部感知模型，使得避障探测向量分布均匀、 生成效率提高，且采用多线程的方式提高了鱼群仿真计算效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种海洋场景漫游系统的构建方法，包括如下步骤：步骤1：虚拟海洋场景建模；步骤2： 虚拟海洋场景漫游对象及场景对象建模；步骤3：基于斐波那契网格的局部感知模型进行鱼 群运动行为规划设计；步骤4：人机交互过程及多用户协同漫游系统设计。

优选的，所述的步骤1中包括3个部分，分别为：A、基于DEM离散数据的海底地形生成； B、基于方向谱函数的动态海面建模；C、水下漫游视觉效果模拟。

优选的，所述的部分A中，首先在“地理空间数据云”官网中获得DEM离散数据，并基于TIN生成算法和Grid生成算法转换为栅格数据，然后在Unity3D中通过Heightmap方法生成地形。

所述的部分B中，首先基于P-M频率谱和SWOP方向函数通过反演的方式推导出方向谱函 数，然后根据方向谱建立对应的海面高度场，最后基于PBR渲染管线对海面的纹理波动、光 滑度以及颜色进行调整，实现受风速、风向影响的动态海面；