台风三维建模与视景仿真研究

论文摘要

随着社会和经济的不断发展,台风对我国东南沿海地区建筑物和人员的威胁越来越大,造成的影响和损失有逐年上升的趋势。因此,有必要对上述地区的人员进行防灾救灾宣传和教育,尽可能地减少当台风来临时,当地的人员伤亡和财产损失。目前,计算机性能得到飞速提升,虚拟现实和可视化技术在各行各业得到了愈加广泛的应用。在防灾减灾应用方面,鉴于台风海啸等灾难的巨大危害和偶然性,虚拟现实和可视化技术为防灾宣传、应急决策、灾后评估等提供了良好的手段和途径。本文从台风风场模型出发,结合实时卫星云图资料,对台风的廓线、强度、中心移动路径和移动速度进行模拟,再现了台风的运动及其变化。其中重点研究台风场的三维建模和场景可视化。首先,在系统分析现有成熟台风风场模型后,本文选用二维VBogus风场模型,并将此模型在垂直方向上予以扩展,得到三维风场模型,实现对台风的结构和速度的模拟;其次,由于台风运动过程中影响因素多且变化不确定,考虑台风周围晴空区台风的移动方向的制约作用,运用晴空区中轴线来预报台风的移动路径,并进行实验检验;最后本文利用VC++和OpenGL图形库开发环境初步研究开发了一套基于粒子系统的台风三维可视化漫游系统。此系统具有台风风场和移动路径计算、数据及卫星云图导入导出、真实感地形和台风三维场景的实时绘制等功能,为灾难现象的模拟提供了一种新的手段。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 台风风场模型研究现状
• 1.2.2 三维可视化技术发展现状
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 台风的概述
• 2.1 台风的形成
• 2.2 台风的命名
• 2.3 热带气旋的分类
• 2.4 台风的结构
• 2.5 台风的移动
• 2.6 台风的破坏
• 第3章 台风模型与数值仿真
• 3.1 台风的速度场
• 3.1.1 台风的轴对称模型
• 3.1.2 台风大风圈的非对称结构
• 3.1.3 台风风场的非对称模型
• 3.1.4 不同高度的风速变化
• 3.2 台风的移动路径
• 3.2.1 干区对台风强度的影响
• 3.2.2 干区轴线的确定
• 3.2.3 轨迹预报
• 3.3 本章小结
• 第4章 台风三维视景仿真的实现
• 4.1 主要开发工具——OpenGL
• 4.1.1 OpenGL简介
• 4.1.2 OpenGL在Windows下的工作原理
• 4.1.3 OpenGL图形处理流程
• 4.2 台风三维仿真系统介绍
• 4.2.1 路径模块
• 4.2.2 强度和仿真模块
• 4.3 关键技术
• 4.3.1 粒子系统
• 4.3.2 地形生成
• 4.4 本章小结
• 第5章 结果和分析
• 5.1 0708号“圣帕”台风
• 5.1.1 台风简介
• 5.1.2 参数设置
• 5.1.3 数值计算
• 5.1.4 视景仿真
• 5.2 0712号“韦帕”台风
• 5.2.1 台风简介
• 5.2.2 参数设置
• 5.2.3 数值计算
• 5.2.4 视景仿真
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果