[發(fā)明專利]一種基于WebGL的三維晶體結(jié)構(gòu)可視化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011003353.9
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112086147A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 莫晴;杜云飛;陳品;顏輝;許澤鑫;高森
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G16C20/80
• 分類號: G16C20/80;G16C60/00;G06F30/12;G06F30/20;G06F113/10
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發(fā)明為解決現(xiàn)有三維材料可視化技術(shù)中沒有考慮到周期性晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可視化特征的缺陷，提出一種基于WebGL的三維晶體結(jié)構(gòu)可視化方法，包括以下步驟：預(yù)設(shè)WebGL元數(shù)據(jù)及three.js模型；初始化作為可視化對象的網(wǎng)格模型參數(shù)；獲取目標(biāo)晶體學(xué)信息文件，從晶體學(xué)信息文件中讀取目標(biāo)晶體的結(jié)構(gòu)信息；利用three.js模型，根據(jù)目標(biāo)晶體的結(jié)構(gòu)信息創(chuàng)建分別表示原子、化學(xué)鍵、晶體盒子、坐標(biāo)軸的網(wǎng)格模型；將創(chuàng)建的分別表示原子、化學(xué)鍵、晶體盒子、坐標(biāo)軸的網(wǎng)格模型保存到網(wǎng)格模型集合中，根據(jù)預(yù)設(shè)的WebGL元數(shù)據(jù)及three.js模型并通過渲染器將所有網(wǎng)格模型渲染到畫布，完成三維晶體結(jié)構(gòu)可視化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維仿真技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于WebGL的三維晶體結(jié)構(gòu)可視化方法。

背景技術(shù)

在材料科學(xué)與工程學(xué)科中，晶體結(jié)構(gòu)占據(jù)著至關(guān)重要的地位，為了詳細(xì)地描述和展示材料的晶體結(jié)構(gòu)，需要對其進(jìn)行可視化。目前用于晶體結(jié)構(gòu)可視化的軟件主要包括Material Studio,VESTA,VMD等。

WebGL(Web Graphics Library，Web圖形庫)是將JavaScript和OpenGLES2.0結(jié)合在一起而形成的基于OpenGL的網(wǎng)頁繪圖標(biāo)準(zhǔn)，WebGL最大的便利之處是免去了為瀏覽器安裝外部插件的麻煩，能夠利用GPU加速處理圖像。Three.js是一款運(yùn)行在瀏覽器中的3D引擎，通過使用Three.js可以直接在網(wǎng)頁端渲染三維模型和動畫效果，在網(wǎng)頁端實(shí)現(xiàn)快速加載并渲染出高品質(zhì)的三維模型，以及實(shí)現(xiàn)真實(shí)感較強(qiáng)的三維模型動畫運(yùn)動效果。如公開號為CN109493404A(公開日為2019-03-19)提出的三維渲染方法及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)將晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維可視化。

然而，目前利用WebGL和HTML5實(shí)現(xiàn)三維材料可視化的技術(shù)主要針對非周期性小分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，沒有考慮到周期性晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可視化特征，無法全面展示晶體結(jié)構(gòu)的可視化特征。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的三維材料可視化技術(shù)中沒有考慮到周期性晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可視化特征的缺陷，提供一種基于WebGL的三維晶體結(jié)構(gòu)可視化方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于WebGL的三維晶體結(jié)構(gòu)可視化方法，包括以下步驟：

S1：預(yù)設(shè)WebGL元數(shù)據(jù)及three.js模型；

S2：初始化作為可視化對象的網(wǎng)格模型參數(shù)；

S3：獲取目標(biāo)晶體學(xué)信息文件，從晶體學(xué)信息文件中讀取目標(biāo)晶體的結(jié)構(gòu)信息；

S4：利用three.js模型，根據(jù)目標(biāo)晶體的結(jié)構(gòu)信息創(chuàng)建分別表示原子、化學(xué)鍵、晶體盒子、坐標(biāo)軸的網(wǎng)格模型；

S5：將創(chuàng)建的分別表示原子、化學(xué)鍵、晶體盒子、坐標(biāo)軸的網(wǎng)格模型保存到網(wǎng)格模型集合中，根據(jù)預(yù)設(shè)的WebGL元數(shù)據(jù)及three.js模型并通過渲染器將所有網(wǎng)格模型渲染到畫布，完成三維晶體結(jié)構(gòu)可視化。

優(yōu)選地，S1步驟中，預(yù)設(shè)WebGL元數(shù)據(jù)及three.js模型的具體步驟包括：

S1.1：預(yù)設(shè)three.js模型中畫布的尺寸，預(yù)設(shè)three.js模型中用于輔助展示晶體結(jié)構(gòu)的立方體，以立方體的任一頂點(diǎn)作為原點(diǎn)建立坐標(biāo)軸；

S1.2：預(yù)設(shè)three.js模型中場景及渲染器，其中渲染器的大小與畫布大小相等；

S1.3：設(shè)置three.js模型中的縮放比，并初始化平移矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣；

S1.4：設(shè)置three.js模型所用相機(jī)為正交相機(jī)，設(shè)置當(dāng)前相機(jī)的參數(shù)；當(dāng)前相機(jī)的參數(shù)包括：相機(jī)視錐體垂直視野角、視錐體的縱橫比、相機(jī)離視體積最近距離、相機(jī)離視體積最遠(yuǎn)距離、相機(jī)的目標(biāo)點(diǎn)；其中視錐體的縱橫比設(shè)置為畫布的長寬比；