[发明专利]交互式船舶喷涂仿真涂层厚度精确渲染实现方法

说明书

一种交互式船舶喷涂仿真涂层厚度精确渲染实现方法，根据船舶部件的网格模型创建至少三张高清纹理贴图，根据虚拟场景中喷枪位姿、船舶部件模型采样点位置和法向量、喷枪流量与喷枪流量分布计算船舶部件模型上每一点的涂料厚度累积速度，并将厚度数据实时记录到纹理贴图中，经纹理裂隙消除处理后进行涂层显示，实现精确渲染。本发明利用邻接像素的透明度填充涂层裂隙，提升喷涂仿真的真实感，计算速度更高能满足交互式喷涂仿真及机器人喷涂仿真。

技术领域

本发明涉及的是一种计算机辅助设计领域的技术，具体是一种交互式船舶喷涂仿真涂层厚度精确渲染实现方法。

背景技术

船舶涂装是造船的三大支柱工艺之一，而在涂装过程中会产生污染和涂料损耗，为了满足船舶涂装绿色化需求，在船舶涂装培训中可以采用在虚拟场景中进行船舶涂装交互式仿真的方法，实现船舶绿色涂装，同时有效提升船舶涂装人员的技术水平。但将船舶涂装交互式仿真用于涂装培训的前提是具有真实感，涂层的厚度随喷涂过程的进行不断变化，相应的亮度与颜色不能偏离实际。

发明内容

本发明针对现有技术中船舶部件模型较大、网格稀疏造成的喷涂涂层仿真困难，与实际喷涂过程中涂层累积难以完全一致，降低船舶涂装培训的真实性与沉浸感的不足，提出一种交互式船舶喷涂仿真涂层厚度精确渲染实现方法，根据船舶模型的高分辨率贴图提升涂层厚度的计算精度，利用邻接像素的透明度填充涂层裂隙，提升喷涂仿真的真实感，计算速度更高能满足交互式喷涂仿真及机器人喷涂仿真。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种交互式船舶喷涂仿真涂层厚度精确渲染实现方法，根据船舶部件的网格模型创建至少三张高清纹理贴图，根据虚拟场景中喷枪位姿、船舶部件模型采样点位置和法向量、喷枪流量与喷枪流量分布计算船舶部件模型上每一点的涂料厚度累积速度，并将厚度数据实时记录到纹理贴图中，经纹理裂隙消除处理后进行涂层显示，实现精确渲染。

所述的网格模型，优选为三角网格模型。

所述的高清纹理贴图是指：采样点数远高于网格模型的格点数且定义在UV坐标系上，能够覆盖到相应模型上的贴图，纹理贴图的像素颜色格式为ARGB。

所述的喷枪位姿是指：以喷枪枪口中心为原点，喷枪朝向为x轴正方向、枪口正上方为y轴正方向建立喷枪坐标系，喷枪坐标系相对于世界坐标系的齐次变换矩阵。

所述的船舶部件模型采样点位置和法向量是指：高清纹理贴图上每一点对应的船舶部件模型上的点在世界坐标系中的坐标和点所在面片的法向量。

所述的喷枪流量是指：单位时间内喷枪喷出的液体体积。

所述的喷枪流量分布是指：同一时刻在喷枪的最大喷涂距离内、距喷枪口一定距离、平行于喷嘴出口截面的平面上一点处喷嘴喷出的液体通过该点的体积除以喷嘴喷出的液体通过该平面的总体积得到的比值在该平面上的分布。

所述的涂料厚度累积速度，通过以下方式得到：

1)在船舶部件模型对应的纹理贴图中采集每一个在观察视点下不被遮挡的采样点的UV坐标，将该UV坐标转化为三维坐标P＝(x，y，z)与法向量

2)根据喷枪的位置Q计算喷枪与采样点之间的距离与方向其中：为由P到Q的向量，为的模，为的单位向量；

3)当喷枪与采样点之间的距离dis大于喷枪的最大喷涂距离dis_max时，船舶部件上每一点的涂料累积厚度速度为0m/s；当喷枪与采样点之间的距离dis小于等于喷枪的最大喷涂距离dis_max时，根据距离dis、方向喷枪流量和流量分布确定采样点上的涂料累积厚度速度v，再计算与的内积，得到船舶部件上每一采样点上的涂料累积厚度速度