理貼圖位置的不同對各個面進行依次排序，通過循環(huán)實現(xiàn)水流動態(tài)的模 擬，即可完成復雜Ξ維場景研究區(qū)域內水流流動的效果。本實施例所示的紋理貼圖移動法 包括如下子步驟： (1) 基于精細化數(shù)值模擬結果得到的水情信息將每一場景下的水流模型分成若干區(qū) 域； (2) 將每一區(qū)域水流模型都依據(jù)Ξ維場景可視化模擬的時長復制η份，并疊加顯示； (3) 將η個水流模型賦予同一紋理圖片但紋理貼圖的位置不同，若此區(qū)域水流模型的長 度為1，則每兩個面之間的紋理貼圖位置差距為1/η; (4) 依據(jù)紋理貼圖位置的順序實現(xiàn)η個水面模型的循環(huán)顯示； 巧)禪合各個區(qū)域水流模型的動態(tài)模擬結果。
[0080] 實施例五： 本實施例是實施例一的改進，是實施例一關于多個紋理圖片替換法細化。多紋理替換 法是指對于Ξ維場景研究區(qū)域內的水流模型，設定多張紋理圖片用于賦予水流模型，在Ξ 維場景下的顯示時長內依次將各張紋理圖片賦予水流模型，并按順序顯示w實現(xiàn)水流的動 態(tài)模擬，即可完成復雜Ξ維場景研究區(qū)域內水流模型流動的效果。在實現(xiàn)水流模型的動態(tài) 擅染輸出時，應指定各向同性，W保證每兩張紋理圖片在更迭替換過程中既滿足水流流動 的效果，又能確保水流模型在經(jīng)多次紋理貼圖后水流的運動形態(tài)無跳躍。本實施例所示的 多個紋理圖片替換法包括如下子步驟： (1) 每一場景下的水流模型分別賦予η張紋理圖片； (2) 若此區(qū)域水流模型的顯示時長為t，則每兩張紋理貼圖賦予水流模型的時間間隔為 t/n； (3) 依據(jù)紋理貼圖的時間順序實現(xiàn)水流模型的擅染輸出顯示。
[0081]最后應說明的是，W上僅用W說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳布 置方案對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可W對本發(fā)明的技術 方案（比如步驟的先后順序、河道水流演進模擬與求解方法、河道淹沒邊界捜索算法、河道 淹沒區(qū)域的識別、Ξ維地形生成軟件等的選擇)進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技 術方案的精神和范圍。
【主權項】
1. 一種實時高效的流域洪水演進可視化仿真方法，其特征在于，所述方法包括三個過 程:河勢貼體數(shù)字河道建模過程，河道淹沒邊界搜索算法，河道水流淹沒仿真過程，所述方 法的步驟如下： 河勢貼體數(shù)字河道建模過程： 獲取網(wǎng)格控制斷面和節(jié)點的步驟：用于通過選用已知的水位站、水文站、測流斷面、斷 面形狀測量位置斷面、水質監(jiān)測斷面、重點關注河段斷面和河勢變化劇烈處的斷面來確定 控制斷面并設置斷面節(jié)點； 確定河勢擬合曲線的步驟：用于利用Hermite三次插值函數(shù)根據(jù)網(wǎng)格控制斷面的走向 和節(jié)點的位置，生成系列通過網(wǎng)格控制節(jié)點和垂直網(wǎng)格控制斷面的縱向網(wǎng)格控制曲線，從 而確定河道縱向網(wǎng)格控制曲線為河勢擬合曲線； 生成加密斷面的步驟：用于依據(jù)網(wǎng)格控制斷面間距，根據(jù)需要在相鄰斷面間增加斷面 個數(shù)，斷面走向垂直于河勢擬合曲線，斷面長度與河岸線的交點為河岸點； 對網(wǎng)格控制斷面和加密斷面處理的步驟：用于對控制斷面節(jié)點的加密，首先保證控制 斷面上的控制節(jié)點位置不變化，以便控制斷面的形狀，在此基礎上增加節(jié)點； 插值生成節(jié)點網(wǎng)格的步驟：用于利用實測的河道數(shù)字高程數(shù)據(jù)，插值生成網(wǎng)格節(jié)點的 高程值； 生成數(shù)字河道模型的步驟:用于將生成的具有明確拓撲關系的結構型河道地形網(wǎng)格轉 化為三角形面集合，并設置光照效果、材質屬性和紋理映射，生成數(shù)字河道模型； 河道淹沒邊界搜索算法： 基于實時監(jiān)測的斷面水位數(shù)據(jù)獲取的步驟：用于利用河道沿線布設的水位測量設備， 按照一定的監(jiān)測頻率將水位數(shù)據(jù)傳送給河道淹沒邊界搜索模塊； 基于水文水動力模型的斷面水位數(shù)據(jù)獲取的步驟:用于使用河道一維水動力學模型或 河道水文模型描述水流演進，生成計算斷面水位數(shù)據(jù)； 插值生成斷面水位的步驟：用于相鄰實際測量斷面或相鄰計算斷面之間斷面所在位置 的水位的插值； 確定河道淹沒線的步驟:用于首先將河道淹沒線的追蹤"拆分"為相鄰斷面之間淹沒線 段的追蹤，然后，將追蹤的所有斷面間的淹沒線段"組合"為河道的淹沒線，即為最終河道淹 沒線，所述的淹沒河道包括單一河道、樹狀河網(wǎng)和環(huán)狀河網(wǎng)； 建立河道淹沒線的拓撲關系的步驟：用于根據(jù)追蹤出的系列實際或虛擬封閉淹沒線， 確定這些淹沒線之間的包含關系，利用樹狀數(shù)據(jù)結構組織生成淹沒線的拓撲關系； 河道水流淹沒區(qū)域識別過程： 識別淹沒區(qū)的步驟:用于依據(jù)建立的淹沒線的拓撲關系，識別河道最大范圍淹沒線，確 定不同來水條件下因高地和洼地存在而形成的內部淹沒線，若洼地在水位上升過程中被淹 沒過，那么水位下降時，洼地仍保持原先水位時的淹沒狀態(tài)，從而得到河道淹沒區(qū)域， 河道水流演進可視化顯示的步驟：用于處理水體表現(xiàn)方式，在顯示屏上形成水位數(shù)據(jù) 驅動的水體連續(xù)動態(tài)顯示，實現(xiàn)流域洪水演進實時仿真，所述對水體表現(xiàn)方式處理方法是 紋理貼圖移動法或多個紋理圖片替換法。2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的樹狀河網(wǎng)的水流淹沒的仿真，包括 如下子步驟： 依據(jù)多叉樹結構建立樹狀河網(wǎng)的拓撲結構，明確干支流關系，對干支流河道進行統(tǒng)一 分級組織； 將實測的水位、流量和斷面形狀作為輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)河網(wǎng)水力學模型或水文學模型計 算各斷面的沿程水位和流量； 以樹狀河網(wǎng)相交處為節(jié)點，將干流河道分為多個子河道，分別根據(jù)計算斷面的水位，按 單一河道洪水淹沒線方式追蹤出子河道和支流的洪水淹沒線； 將支流匯流處的干流上、下游斷面之間的河段的淹沒邊界搜索進行特殊處理，依據(jù)干 流上、下游斷面和支流匯流處斷面的水位計算出水面與各斷面的交點，再根據(jù)交點形成的 三角形水面網(wǎng)格與地形網(wǎng)格的求交，得到支流匯流處的河道淹沒線； 以支流匯流處的淹沒線為銜接，將干流子河道及支流淹沒線銜接組合，形成干、支流河 道組合的整體淹沒線。3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的環(huán)狀河網(wǎng)的水流淹沒仿真包括如下 子步驟： 圖數(shù)據(jù)結構能夠描述環(huán)狀河網(wǎng)的連接關系，利用圖數(shù)據(jù)結構建立環(huán)狀河網(wǎng)的拓撲關 系，實現(xiàn)對環(huán)狀河網(wǎng)的統(tǒng)一標識和組織； 將實測的水位、流量和斷面形狀作為輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)河網(wǎng)水動力學模型或水文學模型 計算各斷面的沿程水位和流量； 以環(huán)狀河網(wǎng)相交處為節(jié)點，將河道分為多條子河道，并取得各河道的匯入斷面，計算得 到各斷面的相等水位，使各斷面所包含區(qū)域的水面與地形網(wǎng)格相交的淹沒點均在一個平面 上，追蹤交匯處的淹沒線，就轉化為"水平面"與地形網(wǎng)格求交的淹沒邊界搜索;各斷面中任 取一斷面處的水面與地形斷面相交點為起點，根據(jù)地形三角形網(wǎng)格的拓撲關系，搜索與"水 平面"相交的地形網(wǎng)格線，求解淹沒點空間坐標并存儲，從而可以獲取交匯處的淹沒線，與 各斷面形成虛擬的封閉淹沒線； 以交匯處的淹沒線為銜接，將子河道淹沒線進行組合，從而可以得到各個子河道整體 淹沒線。4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的紋理貼圖移動法包括如下子步驟： 基于精細化數(shù)值模擬結果得到的水情信息將每一場景下的水流模型分成若干區(qū)域； 將每一區(qū)域水流模型都依據(jù)三維場景可視化模擬的時長復制η份，并疊加顯示； 將η個水流模型賦予同一紋理圖片但紋理貼圖的位置不同，若此區(qū)域水流模型的長度 為1，則每兩個面之間的紋理貼圖位置差距為1/η; 依據(jù)紋理貼圖位置的順序實現(xiàn)η個水面模型的循環(huán)顯示； 耦合各個區(qū)域水流模型的動態(tài)模擬結果。5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多個紋理圖片替換法包括如下子步 驟： 每一場景下的水流模型分別賦予η張紋理圖片； 若此區(qū)域水流模型的顯示時長為t，則每兩張紋理貼圖賦予水流模型的時間間隔為t/ η； 依據(jù)紋理貼圖的時間順序實現(xiàn)水流模型的渲染輸出顯示。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實時高效的流域洪水演進可視化仿真方法，包括：獲取網(wǎng)格控制斷面和節(jié)點；確定河勢擬合曲線；生成加密斷面；對網(wǎng)格控制斷面和加密斷面處理；插值生成節(jié)點網(wǎng)格；生成數(shù)字河道模型；斷面水位數(shù)據(jù)獲取；插值生成與數(shù)字河道地形網(wǎng)格相匹配的斷面水位；確定單一河道、樹狀河網(wǎng)或環(huán)狀河網(wǎng)淹沒線；建立河道淹沒線的拓撲關系；識別淹沒區(qū)；河道水流演進可視化顯示。所述的方法能夠實時高效地顯示流域洪水演進狀況，可以創(chuàng)建連續(xù)變化的洪水淹沒層，根據(jù)水面的高程立體地觀察局部或全區(qū)域淹沒范圍，對于局部洪水淹沒地區(qū)可實時計算出某一高程洪水水面淹沒的表面積和蓄水量，直接服務于流域防洪減災，對于提高減災能力具有重要的理論、實踐意義。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105631168
【申請?zhí)枴緾N201610175074
【發(fā)明人】冶運濤, 梁犁麗, 尚毅梓, 趙紅莉, 韓素華, 杜軍凱, 仇亞琴, 盧瓊
【申請人】中國水利水電科學研究院
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年3月25日