本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種漂移模型的海面三維可視化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在高速的發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，中國對(duì)海洋的需求越來越大。但是人們對(duì)海洋的依賴也導(dǎo)致一系列問題，最大的問題就是海難發(fā)生以后的海上搜救工作。因?yàn)楹Ｑ蟮拿娣e太大，海上天氣多變，風(fēng)向變幻不定，這給海上搜救工作帶來了很大的困難。目前還沒有好的海上搜救系統(tǒng)。漂移模型的海面三維可視系統(tǒng)作為一種新型的海面三維可視化系統(tǒng)，目的是通過海難發(fā)生的初始信息，迅速的通過系統(tǒng)做出正確的搜救決定，從而提高海難的生存率。

但是，目前虛擬現(xiàn)實(shí)主要應(yīng)用于陸上場景的模擬，對(duì)于海洋信息的模擬，尤其是海上搜救方面的模擬目前還沒有，因此這個(gè)發(fā)明在海上搜救方式上是一種創(chuàng)新。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能根據(jù)海難發(fā)生的漂移模型的海面三維可視化系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括場景管理模塊，數(shù)據(jù)管理模塊，海面高度圖模塊，路徑生成模塊，天空盒模塊：

數(shù)據(jù)管理里模塊統(tǒng)一處理來自不同輸入途徑的環(huán)境數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)，然后將處理后的數(shù)據(jù)分發(fā)至路徑生成模塊和海面高度圖模塊；

場景管理模塊對(duì)場景進(jìn)行管理，負(fù)責(zé)場景中對(duì)象的組織和光源與攝像機(jī)屬性設(shè)置，然后將漂浮物的移動(dòng)軌跡，海面三角形的移動(dòng)和天空盒的位置分別發(fā)送至路徑生成模塊，海面高度圖模塊和天空盒模塊；

海面高度圖模塊對(duì)數(shù)據(jù)管理模塊傳遞的風(fēng)速及風(fēng)向信息生成高度圖；

天空盒模塊對(duì)場景管理模塊傳遞的天空盒的位置成海面的天空；

路徑生成模塊對(duì)數(shù)據(jù)管理模塊傳遞的漂浮物的位置計(jì)算出漂移物在指定時(shí)間的位置；

繪制模塊結(jié)合路徑生成模塊提供的位置信息和海面高度圖模塊以及天空盒模塊的信息，繪制出海面三維場景。

所述海面高度圖采用基于擾動(dòng)的海浪譜建模方法進(jìn)行海面高度圖的建模。

所述繪制模塊采用基于簡單光照的光線跟蹤算法對(duì)整個(gè)場景進(jìn)行渲染繪制。

所述海面三維可視化系統(tǒng)需要通過計(jì)算的出漂移模型。

所述的漂移模型的一般形式為：D(W,O,T,Φ,K,σ)，其中，W表示風(fēng)屬性，O表示流屬性，T表示物體屬性，Φ表示隨機(jī)事件，K表示漂移起始類型，σ表示誤差估計(jì)。

所述的漂移的位置公式為：

$X\left(t\right)-X\left(0\right)={\∫}_0^t{V}_a\left(t^{\′}\right){\mathrm{dt}}^{\′}={\∫}_0^t{V}_o\left(t^{\′}\right)+V_w\left(t^{\′}\right){\mathrm{dt}}^{\′}.$

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明具有考慮信息全面，進(jìn)而使場景模擬還原真實(shí)場景，從而提高搜救成功率的優(yōu)點(diǎn)；是因?yàn)槠颇Ｐ偷暮Ｃ嫒S可視化系統(tǒng)需要對(duì)風(fēng)屬性，洋流屬性，物體屬性，隨機(jī)事件，漂移起始類型和誤差估計(jì)進(jìn)行考慮，如此多因素的考慮使場景還原的更加真實(shí)，使搜救成功率可以保持的更高。同時(shí)這個(gè)系統(tǒng)還有很大的擴(kuò)展性，既可以單獨(dú)作為一個(gè)漂浮模型的海面三維可視化系統(tǒng)，又可以結(jié)合衛(wèi)星定位，電子海圖做成一個(gè)大型的具有多功能的海事系統(tǒng)。

附圖說明

圖1系統(tǒng)各模塊的關(guān)系示意圖；

圖2可視系統(tǒng)的框架圖；

圖3漂移模型計(jì)算流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述：

數(shù)據(jù)管理里模塊統(tǒng)一處理來自不同輸入途徑的環(huán)境數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)，然后將處理后的數(shù)據(jù)分發(fā)至路徑生成模塊和海面高度圖模塊；場景管理模塊對(duì)場景進(jìn)行管理，負(fù)責(zé)場景中對(duì)象的組織和光源與攝像機(jī)屬性設(shè)置，然后將漂浮物的移動(dòng)軌跡，海面三角形的移動(dòng)和天空盒的位置分別發(fā)送至路徑生成模塊，海面高度圖模塊和天空盒模塊；海面高度圖模塊對(duì)數(shù)據(jù)管理模塊傳遞的風(fēng)速及風(fēng)向信息生成高度圖；天空盒模塊對(duì)場景管理模塊傳遞的天空盒的位置成海面的天空；路徑生成模塊對(duì)數(shù)據(jù)管理模塊傳遞的漂浮物的位置計(jì)算出漂移物在指定時(shí)間的位置；繪制模塊結(jié)合路徑生成模塊提供的位置信息和海面高度圖模塊以及天空盒模塊的信息，繪制出海面三維場景。最后做出正確的搜救決定。

所述海面高度圖采用基于擾動(dòng)的海浪譜建模方法進(jìn)行海面高度圖的建模。

所述繪制模塊采用基于簡單光照的光線跟蹤算法對(duì)整個(gè)場景進(jìn)行渲染繪制。

圖1出示了一個(gè)實(shí)施例中的漂移模型的海面三維可視化系統(tǒng)，包括以下步驟：

在步驟S01中，對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并輸入數(shù)據(jù)管理模塊進(jìn)行處理。

在步驟S02中，數(shù)據(jù)管理模塊對(duì)輸入的環(huán)境數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，并將處理好的數(shù)據(jù)分發(fā)至路徑生成模塊和海面高度圖模塊。

在步驟S03中，場景管理模塊管理復(fù)雜組織系統(tǒng)的整個(gè)場景，場景中所有物體位置的設(shè)置和移動(dòng)都需要場景管理模塊來輔助進(jìn)行，包括路徑生成模塊中漂浮物的移動(dòng)，海面高度圖中海面三角形的移動(dòng)，天空盒模塊中天空盒位置等。場景管理模塊主要負(fù)責(zé)場景中對(duì)象的組織和光源與攝像機(jī)屬性的設(shè)置。場景管理模塊使用OSG引擎提供的場景樹對(duì)場景對(duì)象進(jìn)行管理。攝像機(jī)、光源以及漂浮物等作為等同的對(duì)象來對(duì)待。

在步驟S04中，海面高度圖模塊，主要負(fù)責(zé)高度圖的生成。根據(jù)數(shù)據(jù)輸入模塊傳遞來的風(fēng)速及風(fēng)向等信息，調(diào)用基于擾動(dòng)的海浪譜建模方法生成高度圖。高度圖生成后，海面以三角形網(wǎng)格的形式進(jìn)行組織。每個(gè)三角形都通過一個(gè)Geometry對(duì)象來保存幾何信息。高度圖保存的數(shù)據(jù)最后會(huì)傳遞個(gè)Geometry對(duì)象。Geometry對(duì)象每個(gè)都對(duì)應(yīng)一個(gè)Geode節(jié)點(diǎn)，Geode節(jié)點(diǎn)作為樹的葉子節(jié)點(diǎn)生成一顆便是海面的場景樹，該海面場景樹作為場景管理模塊中的一個(gè)子樹。

在步驟S06中，天空盒模塊，責(zé)海面上天空的生成。天空盒可分為圓形天空盒和方形天空盒。本系統(tǒng)采用圓形天空盒。圓形天空盒可以有效的避免平面接縫處圖形變形現(xiàn)象。但是圓形天空盒需要更多的三角形進(jìn)行模擬，方形天空盒共五個(gè)平面只需十個(gè)三角形即可得到。天空盒生成后同樣需要加入到場景管理模塊來確定在場景中所處的位置。

在步驟S07中，繪制模塊使用基于簡單光照的光線跟蹤算法對(duì)整個(gè)場景進(jìn)行渲染繪制，最后生成呈現(xiàn)在屏幕上的一幀幀圖形。路徑生成模塊首先獲取來自數(shù)據(jù)管理模塊的環(huán)境數(shù)據(jù)。然后根據(jù)飄移模型計(jì)算出飄移物在指定時(shí)間的位置。將位置信息傳遞給場景管理模塊，有場景管理模塊復(fù)雜在指定位置生成對(duì)象。

圖2中顯示的是漂移模型的可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架圖：

在步驟S08中，預(yù)先對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。其中在輸入信息中，主要包括環(huán)境條件，飄移初始數(shù)據(jù)和海浪建模數(shù)據(jù)。環(huán)境條件主要包括風(fēng)速流速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；飄移初始數(shù)據(jù)主要包括飄移起始的時(shí)間位置等；海浪建模數(shù)據(jù)包括海浪高度圖的高度數(shù)據(jù)，為了保證系統(tǒng)的運(yùn)行速度，我們對(duì)高度圖采取每30幀采樣一次的策略。

在步驟S09中，對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算。模型計(jì)算主要流程為隨機(jī)事件模擬，為了表示各個(gè)不同飄移物的屬性，我們使用多個(gè)粒子的隨機(jī)抽樣來表示物體。流程的計(jì)算和風(fēng)致飄移的計(jì)算都加入隨機(jī)事件的擾動(dòng)

在步驟S010中，獲得漂移的最終位置。在獲取飄移物位置信息后，我們對(duì)首先根據(jù)粒子最終的位置，劃定物體的最后位置并且在該位置對(duì)其進(jìn)行繪制。

圖3顯示了使用蒙特卡洛方法漂移模型的計(jì)算過程：

在步驟S11中，首先獲取輸入粒子的個(gè)數(shù)；

在步驟S12中，根據(jù)起始位置時(shí)間初始化粒子；

在步驟S13中，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算粒子漂移速度。其中相關(guān)數(shù)據(jù)包括擾動(dòng)風(fēng)場的數(shù)據(jù)和擾動(dòng)流場的數(shù)據(jù)；

在步驟S14中，根據(jù)所有粒子的位置劃定最終的漂移區(qū)域。