(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211436973.0 (22)申请日 2022.11.16 (71)申请人 清华大学深圳国际研究生院 地址 518055 广东省深圳市南 山区西丽 街 道深圳大 学城清华校区A栋二楼 (72)发明人 胡振中　刘毅　张建民　李彬彬　 (74)专利代理 机构 深圳新创友知识产权代理有 限公司 4 4223 专利代理师 江耀锋 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) (54)发明名称 海面波浪的三维动态模拟和可视化方法 (57)摘要 本发明提供了一种海面波浪的三维动态模 拟和可视化方法， 包括以下步骤： S1： 获取海面波 浪的基本信息； S2： 建立海 面波浪模型， 模拟 海面 波浪的高程变化； S3： 在步骤S2 的基础上进一步 模拟海面波浪的水平移动； S4： 按照需求每隔单 位时间渲染输出模拟图像直至模拟结束。 采用本 发明的方法， 能够解决现有技术中缺少对海面波 浪的动态模拟和可视化的方案的技术问题， 同时 实现海面波浪和水流的动态可视化。 权利要求书2页 说明书12页 附图11页 CN 115495938 A 2022.12.20 CN 115495938 A 1.一种海面波浪的三维动态模拟和可视化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 获取海面波浪的基本信息； S2： 建立海面波浪模型， 模拟海面波浪的高程变化； S3： 在步骤S2的基础上进一 步模拟海面波浪的水平 移动； S4： 按照需求每隔单位时间渲染输出模拟图像直至模拟结束。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 步骤S1中所述基本信息包括： 海面波浪的高程函数 ， 其中z为t时刻给定水平坐标 下海面的竖直 坐标。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特 征在于， 步骤S2具体包括以下步骤： S2‑1： 获取一张水平网格， 用于表示封闭的二维平面， 所述水平网格包括一系列二维 点、 以及点与点之间的连接组合关系， 具体表现为由若干由顶点及其连线构成的三角形组 成； S2‑2： 根据所述高程函数计算所述二维点的纵坐标， 使其变为三维点， 从而使水平网格 变为三维网格， 得到三维海面。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 步骤S2还 包括如下步骤： S2‑3： 对步骤S2 ‑2中的三维海面进行优化， 使其实现光滑网格的显示， 优化方法具体 为： 当所述高程 函数为连续高程 函数， 将三维点对应的曲面上的点法向量赋 给三维点， 即： 对该向量进行 单位化即可得到单位 点法向量 其中， 为水平网格上的二维点坐 标， 为给定时刻， 以及 为所述高程函数在 两个水平方向上的偏导数； 当所述高程函数仅有离散点或者偏导数难以求解时， 对于给定三维网格顶点 ， 计算其所有相接三角形的面法方向， 并按照三角形面积对单位法向量进行加 权平均， 然后将得到的单位法向量作为该顶点的点法方向。 5.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 步骤S2 ‑2具体包括以下步骤： S2‑2‑1： 根据水平网格上的二维点坐标 ， 在给定时刻 下， 通过高程函数计算 对应的高程 ， 进而得到新的三维点 ； S2‑2‑2： 按照二维网格中点与点之间的连接组合关系， 对三维点进行连接组合， 构成新 的三维网格。 6.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 步骤S2 ‑2中， 由三维点得到三维面的步骤权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115495938 A 2为， 按照二 维网格中点与点之间的连接组合关系， 对三 维点进行连接组合， 构成新的三 维网 格。 7.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 步骤S3具体包括以下步骤： S3‑1： 获取一张真实海面图片作为贴图； S3‑2： 为所述三维网格的每个顶点添加一个贴图坐标 ， 从而将预设图片覆盖到海面 波浪模型 上； S3‑3： 基于波浪水流的运动方向和运动速度对顶点的贴图坐标进行不断更新。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 步骤S3 ‑2中将预设图片覆盖到模型上的方 法具体包括以下步骤： S3‑2‑1： 将每个顶点的平面坐标作 为其原始贴图坐标m， 经过转换得到对应的贴图坐标 ， 将该转换过程定义为 ， 该转换用于使所有顶点转换后的贴图坐标 落在贴图区域内。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 步骤S3 ‑2‑1中， 所述贴图坐标在X轴和Y轴 的范围为 之间， 所述转换具体为， 对每个顶点 轴方向与 轴方向的原始贴图坐标 进行向下取整得到 ， 满足 ， 记小数部分 ， 若 为偶数， 则将 作为最终贴图坐标， 否则将 作为最终贴图坐标。 10.根据权利要求9所述的方法， 其特 征在于， 步骤S3 ‑3具体包括以下步骤： S3‑3‑1： 根据模拟区域确定水平二维网格的沿两个方向的坐标范围 与 ， 并指定初始时刻网格对应的贴图范围 与 ， 确定坐 标范围之间的比例系数如下： ； S3‑3‑2： 记海面的水平流速为 ， 沿两个轴向的速度分量分别为 与 ， 则二维网格 点 在 时刻的贴图坐标如下： 其中， 、 为t时刻下贴图坐标的横坐标和纵坐标。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115495938 A 3