虛擬場景中污染氣流擴(kuò)散的仿真技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，工廠廢氣產(chǎn)生的大氣污染日益嚴(yán)重。污染擴(kuò)散可視化將有助于大氣污染的科學(xué)管理，為環(huán)保部門提供直觀、科學(xué)的分析手段。然而，建立污染擴(kuò)散可視化場景涉及許多問題。虛擬場景的構(gòu)建首先要進(jìn)行三維地形仿真，然后，在場景中模擬污染氣流擴(kuò)散，針對這種復(fù)雜場景，需要對繪制時的真實(shí)感與實(shí)時性進(jìn)行平衡處理。為了滿足用戶在場景中的沉浸感，還要對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理實(shí)現(xiàn)可漫游功能。本文在認(rèn)真分析和總結(jié)相關(guān)工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了如下的研究工作：

2、 第一，本文研究了一種基于位圖獲取高程構(gòu)建三維地形的方法，這種方法便于地形的獲取和修改。對于位圖中忽略掉的地形風(fēng)貌，本文采用分形技術(shù)中的Diamond-Square算法對網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行融合，使山體地形更加符合自然特征。 第二，本文采用高斯擴(kuò)散模型描述高架點(diǎn)源的濃度場，基于粒子系統(tǒng)對污染氣流的運(yùn)動過程進(jìn)行了模擬。由于采用固定粒子大小繪制煙霧的常規(guī)方法實(shí)時性和真實(shí)感不夠高，本文則提出隨粒子在濃度場中的位置移動改變空間粒子的大小、顏

3、色與透明度，既實(shí)現(xiàn)了煙霧生成的逼真效果，又達(dá)到了降低粒子數(shù)量的目的。 第三，本文采用OpenGL的顯示列表、雙緩存技術(shù)提高了場景繪制的實(shí)時性，采用Billboard技術(shù)增加了粒子團(tuán)的三維效果；另外，針對粒子系統(tǒng)繪制煙霧受空間范圍限制的問題，本文根據(jù)流體力學(xué)方程建立污染物擴(kuò)散的模型，對Jos Stam提出的二維煙霧模擬方法進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了大范圍區(qū)域的污染擴(kuò)散可視化。 第四，以某一地形場景為背景，建立了一個用鍵盤進(jìn)行交