大規(guī)模流域三維可視化研究.pdf

1、地形和河流水體是虛擬流域場(chǎng)景中的重要內(nèi)容，其三維可視化在水利水電開發(fā)和流域數(shù)字化管理上有著廣泛的應(yīng)用需求。論文圍繞大規(guī)模流域三維地形的多分辨率表示與實(shí)時(shí)繪制，流域水體的可視化建模仿真以及海量流域地形場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等進(jìn)行了深入研究，探索了新的方法和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)大規(guī)模流域場(chǎng)景虛擬仿真三維可視化系統(tǒng)。 流域地形的三維可視化對(duì)于虛擬流域研究來說，是一個(gè)重要的組成部分。對(duì)于海量DEM數(shù)據(jù)建立的流域基礎(chǔ)地形模型，通常包含數(shù)億乃至幾十億個(gè)

2、三角形，對(duì)目前的圖形硬件而言，實(shí)時(shí)交互繪制如此大數(shù)據(jù)量的場(chǎng)景是難以實(shí)現(xiàn)的。為此，本文提出了一種場(chǎng)景規(guī)模不相關(guān)地形實(shí)時(shí)繪制框架，采用基于外存和數(shù)據(jù)分塊組織的設(shè)計(jì)策略，提出了一種改進(jìn)的四隊(duì)列ROAM算法來實(shí)現(xiàn)分塊地形快速實(shí)時(shí)繪制，該算法能有效地利用相繼幀之間的數(shù)據(jù)相關(guān)性和交互漫游的視點(diǎn)連貫性，建立連續(xù)的層次細(xì)節(jié)模型，并且能很好地結(jié)合視域剔除，三角形條帶化，數(shù)據(jù)預(yù)取等算法，進(jìn)一步提高繪制速度。 由于流域水體邊界約束條件和外部作用的多變

3、性，河床地形隨區(qū)域地形變化很大，河流水面的表現(xiàn)形態(tài)和運(yùn)動(dòng)特征在不同區(qū)域如峽谷地帶和開闊水庫(kù)地域變化很大，傳統(tǒng)的單一水波面建模方法很難滿足大規(guī)模流域復(fù)雜水體的統(tǒng)一建模和洪水演進(jìn)過程的三維仿真需求，為此本文在總結(jié)已有的水體水波面建模方法的基礎(chǔ)上，提出了一種綜合建模方法，針對(duì)不同區(qū)域的水體特性分別建模，通過一個(gè)波浪方向分布函數(shù)的分解模型，將流域河流水面分解為隨機(jī)水波和方向波的線性組合，根據(jù)比例系數(shù)的連續(xù)性，可以逼真繪制出河流從開闊區(qū)域向狹窄河

4、谷地段以及河道中心深水區(qū)域向近岸淺水區(qū)域的自然過渡效果，解決了不同水域水面波動(dòng)的隨機(jī)性和方向性兼顧的問題。針對(duì)洪水演進(jìn)過程的洪峰特效，基于幾何方法建模，在物理形態(tài)上近似模擬真實(shí)洪水演進(jìn)過程中的洪峰形狀，在實(shí)時(shí)渲染過程與水波面模型進(jìn)行疊加融合，并根據(jù)真實(shí)水文水情參數(shù)控制洪峰運(yùn)動(dòng)?；谶@種分解建模、實(shí)時(shí)疊加融合的方法實(shí)現(xiàn)的流域水體及洪水演進(jìn)過程的動(dòng)態(tài)建模速度快，仿真模擬真實(shí)感效果較好。對(duì)各種水文水情分析結(jié)果進(jìn)行遠(yuǎn)程可視化是虛擬流域開發(fā)管理的

5、現(xiàn)實(shí)應(yīng)用需求，需要構(gòu)建一個(gè)面向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的流域地形場(chǎng)景遠(yuǎn)程渲染平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上對(duì)各種水文數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程瀏覽查詢和流域地形地物場(chǎng)景交互漫游。針對(duì)大規(guī)模流域地形場(chǎng)景遠(yuǎn)程渲染的問題，本文在研究漸進(jìn)壓縮和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，提出了一種基于小波分析的大規(guī)模地形遠(yuǎn)程傳輸和繪制體系，將DEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的細(xì)分過程映射到小波更新和提升的框架下，對(duì)大地形分塊管理并對(duì)每個(gè)分塊作獨(dú)立小波變換，并采用改進(jìn)的SPIHT編碼方法將分塊地形數(shù)據(jù)組織為數(shù)據(jù)流的形式，實(shí)時(shí)渲染過程

6、根據(jù)視點(diǎn)位置提取可見的一組子塊，基于多分辨控制測(cè)度將分辨率映射為碼流傳輸長(zhǎng)度，在客戶端基于二元三角形結(jié)構(gòu)對(duì)地形數(shù)據(jù)重組并繪制。該方法不保存靜態(tài)的細(xì)節(jié)層次，也沒有龐大的輔助數(shù)據(jù)，空間復(fù)雜度低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了小波漸進(jìn)壓縮方法和地形流式傳輸算法的有效性。 論文還探討了面向網(wǎng)絡(luò)辦公和應(yīng)用的大規(guī)模地形和三維水體仿真可視化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。提出了傳輸?shù)匦文Ｐ偷慕M合式C/S(客戶/服務(wù)器)和：B/S(瀏覽器/服務(wù)器)混合結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的繪制系統(tǒng)解決