三維數(shù)字流域平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用.pdf

1、數(shù)字流域研究作為水利信息化的前沿研究領(lǐng)域，為流域的規(guī)劃管理與社會(huì)經(jīng)濟(jì)宏觀決策提供理論與技術(shù)支持，對(duì)推動(dòng)流域管理現(xiàn)代化、促進(jìn)水利行業(yè)的發(fā)展具有重要作用。本文基于GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了三維數(shù)字流域平臺(tái)，重點(diǎn)研究了數(shù)字流域框架體系及水流標(biāo)量場(chǎng)可視化、矢量場(chǎng)可視化、水體視覺(jué)模擬技術(shù)及組合條件繪制等水流可視化方法，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)應(yīng)用模型與數(shù)字仿真平臺(tái)在通航管理、流域防洪體系方面的應(yīng)用，主要工作和研究成果如下:
　　(1)提出了三維數(shù)字流域

2、平臺(tái)開(kāi)發(fā)的總體框架，研究了數(shù)字流域三維空間數(shù)據(jù)可視化建模與存儲(chǔ)的技術(shù)路線?；贠SG三維圖形引擎與osgEarth可視化工具，采用LOD動(dòng)態(tài)分頁(yè)機(jī)制，提出了空間數(shù)據(jù)快速建模方法，建立了三維數(shù)字流域地形與地物模型。開(kāi)發(fā)了三維數(shù)字流域平臺(tái)可視化模塊，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模流域空間數(shù)據(jù)的加載與渲染，優(yōu)化了平臺(tái)的可視化性能。
　　(2)研究了數(shù)字流域仿真中水流動(dòng)態(tài)可視化方法。在水流科學(xué)可視化方面，通過(guò)著色器編程，應(yīng)用GPU的圖形渲染管線，實(shí)現(xiàn)了水深

3、等值面、LIC矢量場(chǎng)、IBFV矢量場(chǎng)、Arrow矢量場(chǎng)等水流可視化效果的高度并行化渲染。應(yīng)用RTT渲染到紋理技術(shù)，對(duì)水流數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，加快了GPU對(duì)水流數(shù)據(jù)的提取速度，提高了水流動(dòng)態(tài)模擬的顯示性能。在真實(shí)感水體仿真方面，建立了河流的折射與反射模型，基于有向法線紋理貼圖方法，根據(jù)水動(dòng)力學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果，模擬真實(shí)河流的流動(dòng)效果，表現(xiàn)了河流的流速分布特征。應(yīng)用Gerstner波疊加方法，實(shí)現(xiàn)了海洋水體的模擬效果。開(kāi)發(fā)了水流可視化集成接口，實(shí)

4、現(xiàn)了基于組合條件的水流信息可視化，優(yōu)化了水流模型在三維數(shù)字流域平臺(tái)中的顯示效果。
　　(3)基于開(kāi)發(fā)的三維數(shù)字流域平臺(tái)，與具體專業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)在通航管理與防洪減災(zāi)方面的應(yīng)用。在江津至重慶段的通航管理中，通過(guò)監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、計(jì)算、顯示的方式對(duì)船舶通航進(jìn)行管理與預(yù)警，實(shí)現(xiàn)了航道綜合信息的查詢與顯示、航道實(shí)時(shí)水流信息的監(jiān)測(cè)與模擬、船舶動(dòng)態(tài)信息的查詢與顯示等功能，為船舶通航提供更加直觀、豐富的航道信息與實(shí)時(shí)水流信息，有效提高了航道的