CN113902784A - 海浪模拟方法、装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种海浪模拟方法、装置及电子设备，属于图像处理技术领域。该方法包括：获取目标方向纹理图；目标方向纹理图包括海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息；基于海岸线信息，确定海面网格中海岸线位置；根据海面深度信息，确定海面网格中浅海区域和深海区域，并确定海面网格的顶点的初始空间坐标；根据浅海区域的海浪方向、海面网络中浅海区域的初始空间坐标，逐渐衰减振幅以模拟浅海区域和岸边的海浪，并根据深海区域的海浪方向，和海面网格中深海区域的顶点的初始空间坐标，模拟深海区域的海浪。基于本公开实施例提供的技术方案，可以解决通过波的振幅进行模拟得到的海浪不够真实的问题。

Description

海浪模拟方法、装置及电子设备
技术领域
本公开属于图像处理技术领域，具体涉及一种海浪模拟方法、装置及电子设备。
背景技术
随着图像处理技术的发展，游戏画面越来越接近真实的场景，例如对于包括海洋题材的游戏中，用户希望游戏中的海洋更加接近真实的海洋。
通常，在游戏画面中，可以基于Gerstner Wave(格斯特纳波)模拟海面的波浪，定义一组格斯特纳波参数(振幅、频率和波长)，给GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)传入一个N*N的二维网格，在绘制该二维网格的Vertex Shader(顶点着色器)中计算出波形，得到Gerstner Wave的数量越多，模拟出的海浪越自然真实。对于岸边的波浪，主要通过波长缩放波的振幅。
然而，目前通过波的振幅进行模拟，仅能模拟越靠近海岸线波浪逐渐变小的效果，得到的海浪不够真实。
发明内容
本公开实施例的目的是提供一种海浪模拟方法、装置及电子设备，能够解决通过波的振幅模拟得到的海浪不够真实的问题。
为了解决上述技术问题，本公开是这样实现的：
第一方面，本公开实施例提供了一种海浪模拟方法，该方法包括：获取目标方向纹理图；该目标方向纹理图包括海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息；目标方向纹理图为海面深度图对应的方向纹理图，海岸线信息指示该海面深度图中的海岸线；基于海岸线信息，确定海面网格中海岸线位置；根据海面深度信息，确定海面网格中的浅海区域和深海区域；根据海面深度信息，确定海面网格的顶点的初始空间坐标；根据浅海区域的海浪方向、海面网格中浅海区域的顶点的初始空间坐标，逐渐衰减振幅以模拟所述浅海区域和岸边的海浪，并根据深海区域的海浪方向，和海面网格中深海区域的顶点的初始空间坐标，模拟深海区域的海浪。
第二方面，本公开实施例提供了一种海浪模拟装置，该装置包括：获取模块、确定模块和模拟模块；获取模块，用于获取目标方向纹理图；目标方向纹理图包括海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息；目标方向纹理图为海面深度图对应的方向纹理图，海岸线信息指示该海面深度图中的海岸线；确定模块，用于基于所述海岸线信息，确定海面网格中海岸线位置；并用于根据海面深度信息，确定海面网格中的浅海区域和深海区域，并确定海面网格中的初始空间坐标；模拟模块，用于根据浅海区域的海浪方向、海面网格中浅海区域的顶点的初始空间坐标，逐渐衰减振幅以模拟浅海区域和岸边的海浪，并根据深海区域的海浪方向，和海面网格中深海区域的顶点的初始空间坐标，模拟深海区域的海浪。
第三方面，本公开实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。
第四方面，本公开实施例提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。
第五方面，本公开实施例提供了一种芯片，所述芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行程序或指令，实现如第一方面所述的方法。
第六方面，本公开实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如第一方面所述的方法的步骤。
在本公开实施例中，首先，电子设备可以获取目标方向纹理图；该目标方向纹理图包括海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息；电子设备可以基于该目标方向纹理图的海岸线信息，确定海面网格中海岸线位置；之后电子设备可以根据海面深度信息，确定海面网格中的浅海区域和深海区域，并确定海面网格的顶点的初始空间坐标；最后电子设备可以根据浅海区域的海浪方向，海面网格中浅海区域的顶点的初始空间坐标，逐渐衰减振幅以模拟浅海区域和岸边的海浪，并根据深海区域的海浪方向，和海面网格找那个深海区域的顶点的初始空间坐标，模拟深海区域的海浪。由于海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息均为海面深度图中的真实的海浪的信息，根据一个可以准确表征实际的海浪方向模拟海浪，因此相比于仅根据振幅模拟的由远及近逐渐变小的海浪，采用本公开实施例提供的海浪模拟方法，结合真实的浅海区域的海浪方向，可以模拟出海浪由远及近拍打或者翻滚的效果，使得在游戏画面等虚拟场景中模拟的海浪更加自然。
附图说明
图1为本公开实施例提供的海浪模拟方法的流程示意图之一；
图2为本公开实施例提供的海面网格的示意图；
图3为本公开实施例提供的海浪模拟效果示意图；
图4为本公开实施例提供的海浪模拟方法的流程示意图之二；
图5为本公开实施例提供的海浪模拟方法的流程示意图之三；
图6为本公开实施例提供的海浪模拟方法的流程示意图之四；
图7为本公开实施例提供的一种方向图的示意图；
图8为本公开实施例提供的一种波朝向示意图；
图9为本公开实施例提供的一种海浪模拟装置可能的结构示意图；
图10为本公开实施例提供的一种电子设备可能的结构示意图；
图11为本公开实施例提供的一种电子设备的硬件示意图。
具体实施方式
首先，在对本申请实施例进行描述的过程中出现的部分名词或术语进行说明：
虚拟场景
是应用程序在终端或服务器上运行时显示(或提供)的虚拟场景。可选地，该虚拟场景是对真实世界的仿真环境，或者是半仿真半虚构的虚拟环境，或者是纯虚构的虚拟环境。虚拟场景是二维虚拟场景和三维虚拟场景中的任意一种，虚拟环境可以为天空、陆地、海洋等，其中，该陆地包括沙漠、城市等环境元素。其中，虚拟场景为用户控制等虚拟对象完整游戏逻辑的场景，例如，对于沙盒类3D射击游戏中，虚拟场景为用于供玩家控制虚拟对象进行对战的3D游戏世界，实例性的虚拟场景可以包括：山川、平地、河流、湖泊、海洋、沙漠、天空、植物、建筑、车辆中的至少一种元素；例如，对于2D卡牌类游戏中，虚拟场景为供展示释放卡牌或是展示卡牌对应的虚拟对象的场景，实例性的虚拟场景可以包括：擂台场、决战场、或是其他可以显示卡牌对战状态的“场”元素或是其他元素；对于2D或是3D的多人在线战术竞技游戏，虚拟场景为供虚拟对象进行对战的2D或3D地形场景，实例性的虚拟场景可以包括：峡谷风格的山脉、线路、河流、教室、桌椅、讲台等元素。
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
本公开的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本公开其中一种实施例中的海浪模拟方法可以运行于本地终端设备或者是服务器。当信息处理方法运行于服务器时，该信息处理方法则可以基于云交互系统来实现与执行，其中，云交互系统包括服务器和客户端设备。
在一可选的实施方式中，云交互系统下可以运行各种云应用，例如：云游戏。以云游戏为例，云游戏是指以云计算为基础的游戏方式。在云游戏的运行模式下，游戏程序的运行主体和游戏画面呈现主体是分离的，海浪模拟方法的储存与运行是在云游戏服务器上完成的，客户端设备的作用用于数据的接收、发送以及游戏画面的呈现，举例而言，客户端设备可以是靠近用户侧的具有数据传输功能的显示设备，如，移动终端、电视机、计算机、掌上电脑等；但是进行信息处理的为云端的云游戏服务器。在进行游戏时，玩家操作客户端设备向云游戏服务器发送操作指令，云游戏服务器根据操作指令运行游戏，将游戏画面等数据进行编码压缩，通过网络返回客户端设备，最后，通过客户端设备进行解码并输出游戏画面。
在一可选的实施方式中，以游戏为例，本地终端设备存储有游戏程序并用于呈现游戏画面。本地终端设备用于通过图形用户界面与玩家进行交互，即，常规的通过电子设备下载安装游戏程序并运行。该本地终端设备将图形用户界面提供给玩家的方式可以包括多种，例如，可以渲染显示在终端的显示屏上，或者，通过全息投影提供给玩家。举例而言，本地终端设备可以包括显示屏和处理器，该显示屏用于呈现图形用户界面，该图形用户界面包括游戏画面，该处理器用于运行该游戏、生成图形用户界面以及控制图形用户界面在显示屏上的显示。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本公开实施例提供的岸边海浪模拟方法进行详细地说明。
图1为本公开实施例提供的海浪模拟方法的流程示意图，如图1中所示，该海浪模拟方法包括下述的S101至S104：
S101、电子设备获取目标方向纹理图。
其中，目标方向纹理图包括海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息。目标方向纹理图为海面深度图对应的方向纹理图。海岸线信息指示该海面深度图中的海岸线。海面深度信息指示该海面深度图中的海面深度。海浪方向信息指示该海面深度图中的海浪方向。
示例性地，海浪方向信息可以指示海面深度图中海浪的每个像素点对应的方向。
需要说明的是，在目标方向纹理图中，可以基于每个像素点的世界坐标存储每个像素点对应的海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息。
可以理解，每个海面深度图对应一个方向纹理图，电子设备中可以存储不同海面深度图对应的方向纹理图，在虚拟场景模拟海浪时，可以根据海岸线的需要，选择不同的方向纹理图进行海浪的模拟，其中，电子设备可以为前述的本地终端设备，也可以为前述的云游戏系统中的云服务器。
示例性地，可以基于不同形状的海岸线，存储多个不同形状的海岸线的各个海面深度图对应的方向纹理图。
S102、电子设备基于目标方向纹理图中的海岸线信息，确定海面网格中海岸线位置。
可以理解，目标方向纹理图中的海岸线信息，可以指示海岸线所在的位置。在模拟海浪时，电子设备可以基于目标方向纹理图中指示的海岸线位置，在海面网格中确定海岸线的位置。
图2为本公开实施例提供的一种海面网格的示意图。如图2中的(a)所示，海面网格由X方向和Z方向平铺的网格线段构成，在该海面网格中示出海岸线的位置，曲线L1为该海面网格中海岸线的位置，并未涉及海浪的各个顶点的位置。
需要说明的是，在模拟海浪时，可以先根据一个基础的海面网格(即海面网格中的各个顶点的高度相同)，随时间的变化调整该海面网格中的各个顶点的世界坐标，从而模拟海浪。
S103、电子设备根据目标方向纹理图中的海面深度信息，确定海面网格中的浅海区域和深海区域，并确定该海面网格的顶点的初始空间坐标。
需要说明的是，目标方向纹理图可以指示对应的海面深度图中海面的每个像素点的深度信息。
例如，电子设备可以基于目标方向纹理图中海面的各个像素点对应的海面深度信息，确定映射到海面网格中的深海区域和浅海区域。
结合图2中的(a)所示，L1和L2之间的区域为浅海区域，L1下方的区域为非海面区域(陆地、沙滩、岛屿等)，L2上方的区域为深海区域。
需要说明的是，在构建海面网格时，可以基于目标方向纹理图中每个像素点的世界坐标，确定海面网格中每个顶点的初始空间坐标，构建一个初始的海面波浪。
示例性地，根据Gerstner Wave方程和每个顶点对应目标方向纹理图中对应的像素点的世界坐标，确定每个顶点的初始空间坐标。
示例性的，如图2中的(b)所示，海面网格中的海水对应的每个顶点的初始空间坐标是不相同的。
需要说明的是，海水网格中的网格可以为矩形，也可以为三角形，也可以为其他形状，本公开实施例对此不作具体限定。
S104、电子设备根据浅海区域的海浪方向、海面网格中浅海区域的顶点的初始空间坐标，逐渐衰减振幅以模拟浅海区域和岸边的海浪，并根据深海区域的海浪方向，和海面网格中深海区域的顶点的初始空间坐标，模拟深海区域的海浪。
可以理解，本公开实施例中，在模拟浅海区域时，可以基于目标方向纹理图中指示的浅海区域的海浪方向，结合海面网格中浅海区域的顶点的初始空间坐标，逐渐衰减振幅，从而可以模拟出真实的由远及近朝向海岸线拍打的浅海区域和岸边的海浪。
在模拟深海区域时，可以基于目标方向纹理图中指示的深海区域的海浪方向，结合海面网格中深海区域的顶点的初始空间坐标，模拟出垂直方向上下波动，水平方向小幅度来回波动的深海区域的海面。
图3为本公开实施例提供的一种海浪模拟效果示意图，如图3中所示，海岸线为一个直角形状，越靠近该海岸线，可以看出波浪是朝着该直角的方向拍打的。
可以理解，本公开实施例中，电子设备可以通过目标方向纹理图中指示的海浪方向(也就是海面深度图中各个像素点对应的海浪方向)，模拟出虚拟场景中的海浪。
示例性地，电子设备基于目标方向纹理图中的海岸线信息，根据基础波形信息构建海面网格。
需要说明的是，在模拟岸边海浪时，可以基于至少一个格斯特纳波模拟岸边的海浪。
其中，该至少一个格斯特纳波的振幅、初始相位、角速度中的至少一个不同。即采用至少一个格斯特纳波的表达式进行波的叠加。
可选地，该至少一个格斯特纳波中的波参数可以为配置的。
可以理解，基于每个网格顶点的初始空间坐标(即世界坐标经过坐标变换后的空间坐标)、每个顶点对应的海浪方向，随着时间t的变化，确定各个时间每个网格顶点的偏移量，即网格顶点跳动后的空间坐标。基于各个网格顶点前一时刻的空间坐标和计算得到的偏移量，确定各个网格顶点的新的空间坐标值。
其中，每个顶点在x方向上、y方向上、z方向的空间坐标值在小范围周期性来回震荡。每个方向上的空间坐标值为多个不同的格斯特纳波的叠加得到的。
示例性地，电子设备可以基于Gerstner Wave方程中对3D空间的定义，水面深度与波参数的关系，结合目标方向纹理图模拟海浪，可以得到由远及近拍打的岸边海浪。
具体地，先约定基础参数命名：振幅记为a；相位记为Φ；波长记为λ，表示两个波峰或波谷的距离；周期记为T，表示一个点经过两次波峰或波谷的事件，频率记为f，f＝1/T；波传输速度记为c，c＝λ/T；角速度记为ω，ω＝2π/T＝2πf；wave number(波数)记为k，k＝2π/λ≥c＝ω/k。
具体地，Gerstner wave中对3D空间的定义如下：
Figure BDA0003286589270000091
Figure BDA0003286589270000092
其中，
Figure BDA0003286589270000093
表示水平面上的一个点的坐标(可以对应目标方向纹理图中像素点的世界坐标)，
Figure BDA0003286589270000094
表示该点的海平面高度。
Figure BDA0003286589270000095
为一个向量，
Figure BDA0003286589270000096
的方向表示目标方向纹理图指示的波的方向，
Figure BDA0003286589270000097
的长度(length)表示wave number。
Figure BDA0003286589270000098
表示经过Gerstner wave变换后的水平面坐标，
Figure BDA0003286589270000099
表示经过Gerstner wave变换后的高度。
需要说明的是，在本公开实施例中，
Figure BDA00032865892700000910
包括目标方向纹理图中记录的海面深度图中每个像素点的海浪方向。
可以通过下述的公式(3)表示水面深度与波参数的关系：
Figure BDA00032865892700000911
其中，tanh(x)为双曲正切函数，当x＞π时，tanh(x)约等于1，当x＞π/10时，tanh(x)约等于x，g表示重力加速度。
当d/λ＞1/2时，记为深海；d/λ＞1/20时，记为浅海。在考虑深海的情况下，c＝gT/2π，c2＝g/k，
Figure BDA00032865892700000912
因此，在已知k(wave number)的情况下，则可以计算出角速度ω，在模拟海浪时，设置振幅，随机相位，从而可以得到接近真实的海浪的波参数。
需要说明的是，本公开实施例中，在模拟岸边海浪(波浪)的情况下，在d/λ＞1/2时表示深海，否则记为到达浅海区域。在浅海区域结合海浪深度图对应的海浪方向，并逐渐减弱振幅来模拟岸边波浪的形态。
本公开实施例提供的海浪模拟方法，首先，电子设备可以获取目标方向纹理图；该目标方向纹理图包括海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息；电子设备可以基于该目标方向纹理图的海岸线信息，确定海面网格中海岸线位置；之后电子设备可以根据海面深度信息，确定海面网格中的浅海区域和深海区域，并确定海面网格的顶点的初始空间坐标；最后电子设备可以根据浅海区域的海浪方向，海面网格中浅海区域的顶点的初始空间坐标，逐渐衰减振幅以模拟浅海区域和岸边的海浪，并根据深海区域的海浪方向，和海面网格找那个深海区域的顶点的初始空间坐标，模拟深海区域的海浪。由于海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息均为海面深度图中的真实的海浪的信息，根据一个可以准确表征实际的海浪方向模拟海浪，因此相比于仅根据振幅模拟的由远及近逐渐变小的海浪，采用本公开实施例提供的海浪模拟方法，结合真实的浅海区域的海浪方向，可以模拟出海浪由远及近拍打或者翻滚的效果，使得在游戏画面等虚拟场景中模拟的海浪更加自然。
可选地，结合图4本公开实施例提供的海浪模拟方法中，目标方向纹理图可以通过下述的S201和S202执行：
S201、电子设备获取海面深度图。
示例性地，可以向电子设备输入一张通过深度相机获取的包括海岸线的海面图像，该海面图像中包括海面的深度信息。
需要说明的是，可以通过正交摄像机俯视拍摄包括陆地的海面，每个像素记录世界坐标的高度可以记为海面深度，在海面渲染的Vertex shader中，采用每个像素的世界坐标高度，则海面深度＝海面高度-世界坐标高度。
S202、电子设备根据海面深度图，生成该海面深度图对应的目标方向纹理图。
基于该方案，可以通过获取的实际的海面深度图生成该海面深度图对应的方向纹理图，该方向纹理图中的纹理信息，例如海浪方向信息、海岸线信息、深度信息等均为可以表征真实海浪的信息，因此基于该方式获取的目标方向纹理图进行海浪的模拟，可以模拟出更真实的海浪。
可选地，在本公开实施例提供的海浪模拟方法中，在上述的S201之后，还可以包括下述的S203：
S203、电子设备根据海面深度图对应的海面高度值，遍历该海面深度图的像素点的深度值，标记该海面深度图中的海岸线。
可以理解，电子设备可以基于海面深度图，确定该海面深度图中海面的高度。
示例性地，上述的S203具体可以通过下述的方式实现：电子设备将深度值等于海面高度的像素点，标记为该海面深度图中的海岸线上的像素点。
其中，若像素点的深度值小于海面高度值，则表示位于水面之下；若像素点的深度值大于海面高度值，则表示位于水面之下。
可选地，结合图4，如图5所示，本公开实施例提供的海浪模拟方法，上述的S202具体可以包括下述的S21：
S21、电子设备根据海面深度图，获取该海面深度图的梯度。
其中，海面深度图的梯度指示该海面深度图每个像素点对应的海浪方向。
示例性地，海面深度图的梯度指示的该海面深度图中每个像素点的梯度。
基于该方案，为了模拟出更加真实自然的海浪，即模拟出由远及近波浪逐渐变小，且拍打的海浪，可以通过上述的方式获取接近实际的海浪方向，从而可以实现接近实际的海浪翻滚的效果。
可选地，结合图5，如图6所示，在本公开实施例提供的海浪模拟方法中，可以通过两种不同方式获取海面深度图的梯度。
第一种方式，上述的S21可以通过下述的S21a执行：
S21a、电子设备采用sober算子，过滤海面深度图，获取该海面深度图的梯度。
示例性地，sober算子包括2个3*3的矩阵，分别表示横向和纵向。电子设备可以将sober算子与海面深度图做卷积处理，则经过sober算子过滤后的x方向和y方向的梯度分别为如下所示的Gx和Gy。Gx和Gy即为方向向量的两个分量。
其中，
Figure BDA0003286589270000111
A表示海面深度图的各个像素点对应的矩阵。
可以理解，该处理方式算法复杂度小，基于该方式得到的梯度，即各个像素点的海浪方向，在虚拟场景中模拟海浪时，可以快速模拟出真实的由远及近拍打的岸边海浪。
第二种方式，上述的S21可以通过下述的S21b至S21d执行：
S21b、电子设备计算海面深度图中每个像素点和海岸线的像素距离。
S21c、电子设备根据每个像素点和海岸线的像素距离，获取SDF(Signed DistanceField，有向距离场)图。
可以理解，在本公开实施例中，SDF图中定义的是海面深度图中每个像素到海岸线的距离。SDF图中存储矢量信息，可以应对波形的放大和缩小。
示例性地，上述的S21c具体可以通过下述的方式实现：电子设备根据每个像素点和海岸线的距离，与海面高度的大小关系，获取SDF图。
其中，若像素点和海岸线的距离大于海面高度，则标记该像素点为正数；若像素点和海岸线的距离小于海面高度，则标记该像素点为负数。
S21d、电子设备采用sober算子，过滤该SDF图，得到该SDF图对应的梯度。
其中，SDF图对应的梯度指示该海面深度图对应的海浪方向。
基于该方案，电子设备可以基于标记好的海面深度图中的海岸线，然后计算像素点和海岸线的像素距离，从而得到SDF图，然后根据sober算子对该SDF图过滤，从而得到的海浪方向，更接近真实的海浪方向，方向跳动小，模拟出的海浪更加自然。
需要说明的是，在进行海浪模拟时，针对海面网格中的每个顶点，可以通过采样SDF图中的对应的一个像素点的方向信息。SDF图中的每个像素点可以包括世界坐标，可以通过空间转换到海面网格中的顶点。
可选地，在上述的S203之后，电子设备还可以在渲染海面的vertex shader过程中，计算该海岸线的Gerstner Wave的波方向；其中，海岸线的Gerstner Wave的波方向用于模拟岸边海浪。
基于该方案，电子设备可以在模拟海浪的过程中，在渲染海面的vertex shader时，可以基于输入的参数确定海岸线的Gerstner Wave的方向，结合海岸线的波方向和波数，从而可以模拟出自然的岸边的海浪由远及近拍打的效果。
可选地，在上述的S21d之后，电子设备还可以存储海面深度图的方向图(directionTexture)。其中，方向图包括海面深度图中每个像素点的方向、每个像素点距离海岸线的距离，每个像素点的海面深度。
需要说明的是，在经过上述的S21b至S21d之后，得到了海浪方向，其中方向信息只需要占用两个通道，剩余的通道可以记录海岸线距离和海平面深度，定义xy表示方向，z表示像素点距离海岸线的距离，w表示海面深度。将该四个通道对应的纹理记为上述的方向图。
示例性地，图7为本公开实施例提供的方向图的示意图。如图7中所示，电子设备可以基于该方向图采样获取海浪方向、像素点距离海岸线的距离，海面深度信息。其中，该方向图中，还可以表示出海岛的形状、海岸线的形状。
需要说明的是，本公开实施例定义了一个方向图的概念，在基于上述的方式获取了海浪的方向之后，可以在方向图中的X通道和Y通道记录每个像素点的方向信息，在方向图的Z通道记录每个像素点距离海岸线的距离，在方向图的W通道记录每个像素点的海面深度。以使得电子设备在进行海浪模拟时，可以基于该方向图进行模型。
基于该方案，电子设备可以存储一个指示海浪的海浪方向、海浪距离海岸线的距离，以及海浪的深度等纹理信息的方向图，可以使得在存在海浪场景的虚拟场景中，根据该方向图，快速模拟出自然、更加接近真实的海浪，可以实现海浪由远及近逐渐拍打到岸边的效果。
示例性地，在本公开实施例提供的海浪模拟方法中，电子设备基于海岸线的Gerstner Wave，通过四通道的信号叠加模拟岸边海浪。其中，四通道信号包括每个像素点的海浪方向(即海浪方向信息)，每个像素点距离海岸线的距离(即海岸线信息)，每个像素点的海面深度(即深度信息)。
示例性地，X通道和Y通道指示海浪方向，Z通道指示像素距离海岸线的距离，W通道指示海面深度。或者，r通道和g通道指示海浪方向，b通道指示像素点距离海岸线的距离，a通道指示海面深度。
可以理解，在模拟海浪时，可以基于上述四个通道的信息模拟海浪，在模拟岸边海浪时，由于海浪方向的通道的信号为基于真实的海面深度图对应的方向纹理图获取的，可以准确地表征海浪的真实方向，因此模拟出的海浪更加接近真实的海浪，特别在在模拟岸边海浪的情况下，可以模拟出由远及近拍打的效果。
下面结合相关技术中模拟海浪的方式和本公开实施例模拟海浪的方式进行比对说明。
相关技术中，Vertex shader中的关键处理伪码如下：
//_shallowWeight为一个减弱参数，值越接近于1，则浅海波浪的振幅就越小
//depth为海面深度
half deep＝saturate(2.0h*depth/waveLength)；//深度大于2倍的波长即认为是深海
half deepWeight＝1.0h-_shallowWeight；
//计算weight，用于缩放波的振幅
half weight＝saturate(_shallowWeight*deep+deepWeight)；
需要说明的是，该方式可以兼容波的振幅，模拟出越靠近海岸线，波浪逐渐变小的效果，无法模拟出海浪从远处拍打过来的效果。
在本公开实施例中，在CPU端设置好定义的wave number、周期等参数。然后从方向纹理的XY通道读取方向；利用W通道的深度，计算相位，用于模拟随机性；利用Z通道的距离海岸线的距离，逐渐减弱模的振幅。最终可以模拟出真实的岸边海浪。
首先，根据公式uv＝worldpos.xz/sdfrange(海平面的世界坐标/directionTexture覆盖的范围)计算出方向图(directionTexture)的uv，即世界坐标转换到方向图的uv，便于采样出海岸波的方向、深度等数据。
在得到方向图的uv之后，根据方向图的uv采样得到海浪方向(波方向)、像素点距离海岸线的距离和海面深度(海面的垂直深度)。
在得到海浪方向(波方向)之后，根据Gerstner Wave方程，计算每个网格顶点的偏移向量
Figure BDA0003286589270000141
和
Figure BDA0003286589270000142
其中，
Figure BDA0003286589270000151
Figure BDA0003286589270000152
其中，
Figure BDA0003286589270000153
k表示wave number，waveDir表示波方向，T表示波周期，t表示游戏时间，phiScale表示相位缩放(值越大表示随深度变化的相位越剧烈)。
在得到每个网格顶点对应的偏移向量之后，得到每个网格顶点的世界坐标
Figure BDA0003286589270000154
从而模拟出真实的海浪。
下面为本公开实施例提供的一段伪代码。
Figure BDA0003286589270000155
Figure BDA0003286589270000161
示例性地，图8为本公开实施例提供的一种波朝向的示意图，如图8中的(a)所示，若海岸线为一个正方形，则海浪方向可以为朝向该正方形的方向，如图8中的(b)所示，若海岸线为一个椭圆形，则海浪方向可以为朝向该椭圆中心的各个方向。
需要说明的是，在本公开实施例中，电子设备可以结合海浪方向以及振幅的缩减，结合海岸线的形状，模拟出海浪靠近岸边时拍打岸边的浪花。
需要说明的是，本公开实施例提供的海浪模拟方法，执行主体可以为海浪模拟方装置，或者该海浪模拟装置中的用于执行的方法的控制模块。本公开实施例中以海浪模拟装置执行海浪模拟的方法为例，说明本公开实施例提供的海浪模拟的装置。
可选地，图9为本公开实施例提供的一种海浪模拟装置，该海浪模拟装置900包括：获取模块901、确定模块902和模拟模块903；获取模块901，用于获取目标方向纹理图；该目标方向纹理图包括海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息；所述目标方向纹理图为海面深度图对应的方向纹理图，所述海岸线信息指示所述海面深度图中的海岸线；确定模块902，用于基于所述海岸线信息，确定海面网格中海岸线位置；并用于根据所述海面深度信息，确定所述海面网格中的浅海区域和深海区域，并确定所述海面网格的顶点的初始空间坐标；模拟模块903，用于根据所述浅海区域的海浪方向、所述海面网格中浅海区域的顶点的初始空间坐标，逐渐衰减振幅以模拟所述浅海区域和岸边的海浪，并根据所述深海区域的海浪方向，和所述海面网格中深海区域的顶点的初始空间坐标，模拟所述深海区域的海浪。
可选地，海浪模拟装置还可以包括：生成模块；获取模块，还用于获取所述海面深度图；生成模块，用于根据获取模块获取的海面深度图，生成所述海面深度图对应的目标方向纹理图。
可选地，生成模块具体用于：根据获取模块获取的海面深度图，获取该海面深度图的梯度；其中，该海面深度图的梯度指示该海面深度图对应的海浪方向。
可选地，生成模块具体用于：采用sober算子，过滤所述海面深度图，获取所述海面深度图的梯度。
可选地，海浪模拟装置还可以包括：标记模块；标记模块，用于根据海面深度图对应的海面高度值，遍历该海面深度图的像素点的深度值，标记该海面深度图中的海岸线。
可选地，生成模块具体用于：将深度值等于海面高度的像素点，标记为海面深度图中的海岸线上的像素点。
可选地，生成模块具体用于：计算海面深度图中每个像素点和海岸线的像素距离；根据每个像素点和海岸线的像素距离，获取SDF图；采用sober算子，过滤该SDF图，得到该SDF图对应的梯度；其中，该SDF图对应的梯度指示海面深度图对应的海浪方向。
可选地，生成模块具体用于：根据每个像素点和海岸线的距离，与海面高度的大小关系，获取SDF图；其中，若像素点和海岸线的距离大于海面高度，则标记所述像素点为正数；若像素点和海岸线的距离小于海面高度，则标记所述像素点为负数。
可选地，海面模拟装置，还包括：存储模块，存储模块用于在获取模块所述采用sober算子，过滤所述SDF图，得到所述SDF图对应的梯度之后，存储所述海面深度图的目标方向纹理图，所述目标方向纹理图包括海面深度图中每个像素点的方向，每个像素点距离海岸线的距离，每个像素点的海面深度。
本公开实施例提供一种海浪模拟装置，首先，电子设备可以获取目标方向纹理图；该目标方向纹理图包括海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息；电子设备可以基于该目标方向纹理图的海岸线信息，确定海面网格中海岸线位置；之后电子设备可以根据海面深度信息，确定海面网格中的浅海区域和深海区域，并确定海面网格的顶点的初始空间坐标；最后电子设备可以根据浅海区域的海浪方向，海面网格中浅海区域的顶点的初始空间坐标，逐渐衰减振幅以模拟浅海区域和岸边的海浪，并根据深海区域的海浪方向，和海面网格找那个深海区域的顶点的初始空间坐标，模拟深海区域的海浪。由于海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息均为海面深度图中的真实的海浪的信息，根据一个可以准确表征实际的海浪方向模拟海浪，因此相比于仅根据振幅模拟的由远及近逐渐变小的海浪，采用本公开实施例提供的海浪模拟方法，结合真实的浅海区域的海浪方向，可以模拟出海浪由远及近拍打或者翻滚的效果，使得在游戏画面等虚拟场景中模拟的海浪更加自然。
本公开实施例中的海浪模拟装置可以是装置，也可以是终端中的部件、集成电路、或芯片。该装置可以是移动电子设备，也可以为非移动电子设备。示例性的，移动电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、UMPC(ultra-mobile personal computer，超级移动个人计算机)、上网本或者PDA(personal digitalassistant，个人数字助理)等，非移动电子设备可以为服务器、NAS(Network AttachedStorage，网络附属存储器)、PC(personal computer，个人计算机)、TV(television，电视机)、柜员机或者自助机等，本公开实施例不作具体限定。
本公开实施例中的海浪模拟装置可以为具有操作系统的装置。该操作系统可以为安卓(Android)操作系统，可以为ios操作系统，还可以为其他可能的操作系统，实施例不作具体限定。
本公开实施例提供的装置能够实现图1至图8的方法实施例实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
可选地，如图10所示，本公开实施例还提供一种电子设备1000，包括处理器1001，存储器1002，存储在存储器1002上并可在所述处理器1001上运行的程序或指令，该程序或指令被处理器1001执行时实现上述海浪模拟方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
需要说明的是，本公开实施例中的电子设备包括上述所述的移动电子设备和非移动电子设备。
图11为实现本公开实施例的一种电子设备的硬件结构示意图。
该电子设备1100包括但不限于：射频单元1101、网络模块1102、音频输出单元1103、输入单元1104、传感器1105、显示单元1106、用户输入单元1107、接口单元1108、存储器1109、以及处理器1110等部件。
本领域技术人员可以理解，电子设备1100还可以包括给各个部件供电的电源(比如电池)，电源可以通过电源管理系统与处理器1110逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。图10中示出的电子设备结构并不构成对电子设备的限定，电子设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置，在此不再赘述。
本公开实施例提供一种电子设备，首先，电子设备可以获取目标方向纹理图；该目标方向纹理图包括海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息；电子设备可以基于该目标方向纹理图的海岸线信息，确定海面网格中海岸线位置；之后电子设备可以根据海面深度信息，确定海面网格中的浅海区域和深海区域，并确定海面网格的顶点的初始空间坐标；最后电子设备可以根据浅海区域的海浪方向，海面网格中浅海区域的顶点的初始空间坐标，逐渐衰减振幅以模拟浅海区域和岸边的海浪，并根据深海区域的海浪方向，和海面网格找那个深海区域的顶点的初始空间坐标，模拟深海区域的海浪。由于海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息均为海面深度图中的真实的海浪的信息，根据一个可以准确表征实际的海浪方向模拟海浪，因此相比于仅根据振幅模拟的由远及近逐渐变小的海浪，采用本公开实施例提供的海浪模拟方法，结合真实的浅海区域的海浪方向，可以模拟出海浪由远及近拍打或者翻滚的效果，使得在游戏画面等虚拟场景中模拟的海浪更加自然。
应理解的是，本公开实施例中，输入单元1104可以包括GPU(Graphics ProcessingUnit，图形处理器)1141和麦克风1142，图形处理器1141对在视频捕获模式或图像捕获模式中由图像捕获装置(如摄像头)获得的静态图片或视频的图像数据进行处理。显示单元1106可包括显示面板1161，可以采用液晶显示器、有机发光二极管等形式来配置显示面板1161。用户输入单元1107包括触控面板1171以及其他输入设备1172。触控面板1171，也称为触摸屏。触控面板1171可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其他输入设备1172可以包括但不限于物理键盘、功能键(比如音量控制按键、开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆，在此不再赘述。存储器1109可用于存储软件程序以及各种数据，包括但不限于应用程序和操作系统。处理器1110可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器1110中。
本公开实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述海浪模拟方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
其中，所述处理器为上述实施例中所述的电子设备中的处理器。所述可读存储介质，包括计算机可读存储介质，如计算机ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(RandomAccess Memory，随机存取存储器)、磁碟或者光盘等。
本公开实施例另提供了一种芯片，所述芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行程序或指令，实现上述海浪模拟方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
应理解，本公开实施例提到的芯片还可以称为系统级芯片、系统芯片、芯片系统或片上系统芯片等。
本公开实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述海浪模拟方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本公开实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本公开的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本公开各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本公开的实施例进行了描述，但是本公开并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本公开的启示下，在不脱离本公开宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本公开的保护之内。

Claims (11)

1.一种海浪模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标方向纹理图；所述目标方向纹理图包括海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息；所述目标方向纹理图为海面深度图对应的方向纹理图，所述海岸线信息指示所述海面深度图中的海岸线；
基于所述海岸线信息，确定海面网格中海岸线位置；
根据所述海面深度信息，确定所述海面网格中的浅海区域和深海区域，并确定所述海面网格的顶点的初始空间坐标；
根据所述浅海区域的海浪方向、所述海面网格中浅海区域的顶点的初始空间坐标，逐渐衰减振幅以模拟所述浅海区域和岸边的海浪，并根据所述深海区域的海浪方向，和所述海面网格中深海区域的顶点的初始空间坐标，模拟所述深海区域的海浪。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述海面深度图；
根据所述海面深度图，生成所述海面深度图对应的目标方向纹理图。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述海面深度图，生成所述海面深度图对应的目标方向纹理图，包括：
根据所述海面深度图，获取所述海面深度图的梯度；
其中，所述海面深度图的梯度指示所述海面深度图每个像素点对应的海浪方向。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述海面深度图，获取所述海面深度图的梯度，包括：
采用sober算子，过滤所述海面深度图，获取所述海面深度图的梯度。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述获取所述海面深度图之后，所述方法还包括：
根据所述海面深度图对应的海面高度值，遍历所述海面深度图的像素点的深度值，标记所述海面深度图中的海岸线。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述海面深度图对应的海面高度值，遍历所述海面深度图的像素点的深度值，标记所述海面深度图中的海岸线，包括：
将深度值等于海面高度的像素点，标记为所述海面深度图中的海岸线上的像素点。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述海面深度图，获取所述海面深度图的梯度，包括：
计算所述海面深度图中每个像素点和所述海岸线的像素距离；
根据每个像素点和所述海岸线的像素距离，获取有向距离场SDF图；
采用sober算子，过滤所述SDF图，得到所述SDF图对应的梯度；
其中，所述SDF图对应的梯度指示所述海面深度图每个像素点对应的海浪方向。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据每个像素点和所述海岸线的像素距离，获取SDF图，包括：
根据每个像素点和海岸线的距离，与海面高度的大小关系，获取SDF图；
其中，若像素点和海岸线的距离大于海面高度，则标记所述像素点为正数；若像素点和海岸线的距离小于海面高度，则标记所述像素点为负数。
9.一种海浪模拟装置，其特征在于，所述岸边海浪模拟装置包括：获取模块、确定模块、和模拟模块；
所述获取模块，用于获取目标方向纹理图；所述目标方向纹理图包括海浪方向信息、海面深度信息和海岸线信息；所述目标方向纹理图为海面深度图对应的方向纹理图，所述海岸线信息指示所述海面深度图中的海岸线；
所述确定模块，用于基于所述海岸线信息，确定海面网格中海岸线位置；并用于根据所述海面深度信息，确定所述海面网格中的浅海区域和深海区域，并确定所述海面网格中的初始空间坐标；
所述模拟模块，用于根据所述浅海区域的海浪方向、所述海面网格中浅海区域的顶点的初始空间坐标，逐渐衰减振幅以模拟所述浅海区域和岸边的海浪，并根据所述深海区域的海浪方向，和所述海面网格中深海区域的顶点的初始空间坐标，模拟深海区域的海浪。
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器，存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的海浪模拟方法的步骤。
11.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的海浪模拟方法的步骤。
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