申请/专利权人：浙江远算科技有限公司

申请日：2023-12-22

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN117456074B

主分类号：G06T15/00

分类号：G06T15/00;G06T17/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2024.02.13#实质审查的生效;2024.01.26#公开

摘要：本发明公开了基于数字孪生仿真的海上风电冲刷坑三维渲染方法和设备，属于海上风电设备仿真领域。现有的渲染方案，需要对整个三维实景的数据进行网格切分，导致数据处理量比较大，影响三维渲染效率。本发明的基于数字孪生仿真的海上风电冲刷坑三维渲染方法，通过创建实景数字模型、网格转换模型、坑滩仿真模型、虚景孪生模型，实现海上风电冲刷坑的三维渲染。本发明采用虚实结合的渲染手段，对冲刷坑进行准确的数据采集，并进行网格剖分，便于及时对冲刷坑状态进行准确还原；对于周边环境，利用虚景孪生模型，直接添加环境元素，从而有效减少数据处理量，提高海上风电冲刷坑的三维渲染效率，便于海上风电结构的及时运维。

主权项：1.基于数字孪生仿真的海上风电冲刷坑三维渲染方法，其特征在于：包括以下内容：获取某海上风电冲刷坑的点云数据；通过先期创建的实景数字模型对点云数据进行剖分，得到冲刷坑网格数据；利用先期创建的网格转换模型，对冲刷坑网格数据进行处理，生成轻量级模型文件；根据先期创建的坑滩仿真模型，对轻量级模型文件进行着色以及渲染，得到渲染状态冲刷坑；采用先期创建的虚景孪生模型，在渲染状态冲刷坑的基础上，添加环境元素，得到基于数字孪生仿真的海上风电冲刷坑，以实现海上风电冲刷坑的三维渲染；通过实景数字模型得到冲刷坑网格数据的方法如下：使用德劳内三角剖分算法将点云数据剖分成三角形结构数据；三角形结构数据包括3列数据，第一列的数据为冲刷坑中心在X方向上的位置数据，第二列的数据为冲刷坑中心在Y方向上的位置数据，第三列的数据为地形的高度数据；根据位置数据以及高度数据，描绘出若干坐标点；将若干坐标点进行连接，得到冲刷坑网格数据；使用德劳内三角剖分算法得到三角形结构数据的方法如下：步骤21，对点云数据中的散点坐标进行筛选，得到坐标的极大值和极小值；步骤22，根据坐标的极大值和极小值，创建三角形链表；步骤23，将点云数据中的散点依次插入三角形链表中，并在三角形链表中找出所述散点的影响三角形；影响三角形为外接圆包括散点的三角形；步骤24，将影响三角形的公共边删除，并将散点以及影响三角形的全部顶点连接起来，得到连接三角形；步骤25，检查连接三角形是否满足三角剖分的空圆特性，空圆特性为所述连接三角形的外接圆不包括额外点；当连接三角形满足三角剖分的空圆特性时，将连接三角形放入三角形链表中；当连接三角形不满足三角剖分的空圆特性时，交换对角线，得到新形成的连接三角形，并将新形成的连接三角形放入三角形链表中；步骤26，循环执行步骤23到步骤25，直到所有散点插入完毕，得到赋值完成的三角形链表；步骤27，将地形的高度数据，输入到赋值完成的三角形链表中，并使用叉乘计算垂直于每个三角面的法向量；步骤28，将法向量赋值到三角形链表中，得到三角形结构数据；通过网格转换模型生成轻量级模型文件的方法如下：步骤31，获取三角形结构数据中的散点以及若干连接三角形；步骤32，通过赋固定值的方式，将散点的二维坐标信息转化为三维坐标信息，并将三维坐标信息保存到先期建立的坐标几何体中；步骤33，遍历每个连接三角形，对每个连接三角形的顶点坐标创建索引数据，并将索引数据采用平铺的结构保存到先期建立的索引几何体中；步骤34，根据散点的属性数据，获取属性数据对应于每个顶点的属性值，并依次保存到先期建立的物理量几何体中，以能与顶点一一对应；步骤35，将坐标几何体、索引几何体与物理量几何体进行耦合，得到轻量级模型文件；通过坑滩仿真模型得到渲染状态冲刷坑的方法如下：步骤41，加载轻量级模型文件；步骤42，通过先期建立的顶点着色器，对轻量级模型文件进行处理，得到需要展示颜色的物理量以及法向量；步骤43，利用先期建立的片元着色器，对物理量的属性进行归一化计算得到阈值；步骤44，将阈值与颜色表进行对照，得到对应物理量的颜色数值；步骤45，利用先期建立的光照模型，并根据法向量和光源方向，计算海上风电冲刷坑的反射光强度；步骤46，根据反射光强度以及颜色数值，得到海上风电冲刷坑的最终颜色；步骤47，根据最终颜色，对轻量级模型文件进行着色以及渲染，得到渲染状态冲刷坑；通过虚景孪生模型添加环境元素的方法如下：步骤51，创建一个能存储和管理环境元素的纹理对象；所述环境元素至少包括海床元素、海面元素和天空元素；步骤52，加载有关环境元素的纹理图像，并传递给纹理对象，使得纹理图像成为纹理对象的内容；步骤53，根据纹理图像与渲染状态冲刷坑的对应关系，得到纹理坐标；步骤54，根据纹理坐标，将纹理对象的内容应用到渲染状态冲刷坑表面，使其成为渲染状态冲刷坑的外部环境。

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