三維數字流域平臺的開發(fā)與應用.pdf

1、數字流域研究作為水利信息化的前沿研究領域，為流域的規(guī)劃管理與社會經濟宏觀決策提供理論與技術支持，對推動流域管理現代化、促進水利行業(yè)的發(fā)展具有重要作用。本文基于GIS與虛擬現實技術，開發(fā)了三維數字流域平臺，重點研究了數字流域框架體系及水流標量場可視化、矢量場可視化、水體視覺模擬技術及組合條件繪制等水流可視化方法，實現了專業(yè)應用模型與數字仿真平臺在通航管理、流域防洪體系方面的應用，主要工作和研究成果如下:
　　(1)提出了三維數字流域

2、平臺開發(fā)的總體框架，研究了數字流域三維空間數據可視化建模與存儲的技術路線?；贠SG三維圖形引擎與osgEarth可視化工具，采用LOD動態(tài)分頁機制，提出了空間數據快速建模方法，建立了三維數字流域地形與地物模型。開發(fā)了三維數字流域平臺可視化模塊，實現了大規(guī)模流域空間數據的加載與渲染，優(yōu)化了平臺的可視化性能。
　　(2)研究了數字流域仿真中水流動態(tài)可視化方法。在水流科學可視化方面，通過著色器編程，應用GPU的圖形渲染管線，實現了水深

3、等值面、LIC矢量場、IBFV矢量場、Arrow矢量場等水流可視化效果的高度并行化渲染。應用RTT渲染到紋理技術，對水流數據進行預處理，加快了GPU對水流數據的提取速度，提高了水流動態(tài)模擬的顯示性能。在真實感水體仿真方面，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，根據水動力學模型的計算結果，模擬真實河流的流動效果，表現了河流的流速分布特征。應用Gerstner波疊加方法，實現了海洋水體的模擬效果。開發(fā)了水流可視化集成接口，實

4、現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字流域平臺中的顯示效果。
　　(3)基于開發(fā)的三維數字流域平臺，與具體專業(yè)應用相結合，實現了平臺在通航管理與防洪減災方面的應用。在江津至重慶段的通航管理中，通過監(jiān)測、存儲、計算、顯示的方式對船舶通航進行管理與預警，實現了航道綜合信息的查詢與顯示、航道實時水流信息的監(jiān)測與模擬、船舶動態(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時水流信息，有效提高了航道的