基于OpenGVS三峡水利枢纽虚拟仿真系统的研究与应用

论文摘要

三峡及葛洲坝优化调度的研究意义重大,结合现代图形学技术,构建集三维可视化、信息查询显示和数学模型计算于一体的三维数字仿真平台具有重要的生产实用价值,对促进计算机工程学科与生产应用的结合亦有重要的意义。①介绍了三峡及葛洲坝枢纽的运行特点,以及开发三维虚拟仿真系统的必要性。研究了三维仿真系统开发的关键技术和应用于流域虚拟仿真的技术难点。②通过分析流域实体建模的特点,在现有研究成果和软件工具的基础上,探讨了流域地形、地物建模方面的问题及解决方法。论述了基于图像的建模技术在模型简化方面的应用和基于图形数据的建模方法,并通过结构树层次调整和节点自由度设定实现了地物模型的运行模拟。③提出了流域三维仿真模拟的三个层次,实现了数模计算与三维虚拟仿真相结合的实时交互,在流域三维仿真系统实时性和交互性的系统开发方面取得了新进展。⑤建立了三峡梯级枢纽区二维水流数学模型,应用贴体网格划分计算区域,有限体积法差分离散水流方程。采用计算前对不合理的水位值加以校正,从而加快了计算的收敛速度。⑥通过分析系统的总体结构,将系统功能实现划分为三维可视化、数学模型计算、数据库三个模块的信息集成,论述了三者间的相互关系。建立了流域三维仿真数据库,从空间数据和属性数据两个方面讨论了数据存储、查询以及两者的联系。在三维可视化与数据库的交互中,实现了基于三维虚拟场景的动态查询与数据的实时显示功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文的背景
• 1.1.1 论文的研究背景
• 1.1.2 流域三维可视化研究现状
• 1.2 流域三维虚拟仿真研究
• 1.2.1 三维可视化关键技术
• 1.2.2 三维可视化与数值模拟结合的研究
• 1.3 研究内容及本文结构
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 本文结构
• 2 流域三维建模技术研究
• 2.1 流域建模模式与软件开发平台
• 2.1.1 建模模式
• 2.1.2 软件开发平台
• 2.2 流域地形建模
• 2.3 流域地物建模
• 2.3.1 基于图像的地物建模
• 2.3.2 基于图形的地物建模
• 2.4 本章小结
• 3 流域三维仿真模拟研究
• 3.1 三维图形显示原理
• 3.1.1 坐标系定义
• 3.1.2 图形变换
• 3.2 软件平台及开发程序框架
• 3.3 流域三维可视化与漫游
• 3.3.1 三维图形显示
• 3.3.2 场景控制漫游
• 3.4 流域仿真模拟研究
• 3.4.1 三维仿真的功能层次
• 3.4.2 水流模拟
• 3.5 本章小结
• 4 流域数值模拟的求解
• 4.1 计算网格生成
• 4.2 方程离散求解
• 4.2.1 水流运动基本方程
• 4.2.2 水流运动方程的离散求解
• 4.3 定解条件及动边界处理
• 4.3.1 定解条件
• 4.3.2 初始水位场校正
• 4.4 本章小结
• 5 流域三维虚拟仿真系统的实现
• 5.1 系统集成的总体框架
• 5.2 数据库设计
• 5.2.1 空间数据库
• 5.2.2 属性数据库
• 5.2.3 空间数据与属性数据之间的联系
• 5.3 三维可视化与数据库的集成与交互
• 5.3.1 基于三维场景的动态查询
• 5.3.2 实时数据的更新与显示
• 5.4 数学模型与数据库的集成与交互
• 5.5 系统实现功能
• 5.5.1 三峡库区及两坝间区域的三维可视化与漫游
• 5.5.2 信息的集成查询与更新显示
• 5.5.3 基于数学模型的决策支持
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献