[发明专利]一种基于三维地形的风的动态可视化方法

说明书

本发明涉及一种基于三维地形的风的动态可视化方法，包括数据的输入及虚拟场景的构建、三维风矢量场的构建和动态风场的显示三部分；具体步骤如下：输入点阵形式的地形高程、风速和风向数据文件；构建三维网格地形；构建风节点并初始化风结点的方向；旋转平行XY平面的风节点使其表示正确的二维风向，计算地形法向矢量，获取旋转矩阵R；计算单位三维风矢量，乘以风速得到下一位置点；风节点移动到下一位置点时，更新风节点的风矢量、旋转矩阵R、颜色和大小；风节点在结束位置时下一步移动到起始位置。本发明在输入的高程数据、风场计算模型所计算出研究区域的风速和风向数据的基础上，在计算机上动态模拟出风在三维地形上的流动。

技术领域

本发明涉及一种基于三维地形的风的动态可视化方法。

背景技术

本发明涉及一种如何将预测计算后的风向和风速数据在计算机中根据实景构建的三维地形上动态可视化显示的方法。该方法不仅有助于直观获取研究区域中整体的风的走向，同时也可掌握更小尺度和更高精度下的风在起伏地形上的速度和方向，例如30米*30米网格内风的大小和方向。这种直观的展示风场的风速和风向的方法不仅可以用于风力发电管理与选址、森林火灾辅助决策、污染源扩散控制等工业领域，还可以应用于影视、游戏中风效果的展示中。

目前对地形风场的研究主要集中在风速和风向模拟计算上，侧重点是如何提高模拟的精度，如专利CN103514328B、CN102435409B等，都是一种提高模拟精度的方法。而在如何高效、直观的将风速和风向的动态效果在虚拟地理环境中展示的专利较少。对风场的数值模拟固然重要，但缺乏相应的可视化方案，从众多的数据中很难整体上把握风的走向和速度，缺少直观性，给紧急决策、风场选址及其他应用带来一定困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于三维地形的风的动态可视化方法，在输入的高程数据、风场计算模型所计算出研究区域的风速和风向数据的基础上，在计算机的三维地形上动态模拟出风的流动。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于三维地形的风的动态可视化方法，其特征在于：包括数据的输入及虚拟场景的构建、三维风矢量场的构建和动态风场的显示三部分；

所述数据的输入及虚拟场景的构建包括以下步骤：

步骤S1：输入点阵形式的地形高程数据、风速和风向的数据文件，

步骤S2：构建三维网格地形，包括划分三角面片和地形贴图，

步骤S3：构建风节点；

所述三维风矢量场的构建包括以下步骤：

步骤S4：旋转平行XY平面的风节点使其表示正确的二维风向，计算地形法向矢量，最终根据罗德里格旋转公式获取旋转矩阵R；

所述动态风场的显示包括以下步骤：

步骤S5：计算单位三维风矢量表示该网格的三维风向，乘以风速得到下一位置点，

步骤S6：定时器时间控制模拟速度，风节点移动到下一位置点，更新风节点的风矢量、旋转矩阵R、颜色和大小，

步骤S7：重复上个步骤，风节点在结束位置时下一步移动到起始位置。

进一步的，所述数据的输入及虚拟场景的构建具体内容如下：

二维点阵形式的地形高程数据、风速和风向的数据文件的输入：每个点阵数据用于计算每个网格属性，每一点的风速、风向和高程数据一一对应；

三维网格地形的构建：根据不同位置点的地形高程数据，高程数据间地形插值圆滑，前后左右连成网格，再根据统一方向将每个四边形划分成两个三角面片，并且将研究区域的正摄航拍或遥感影像数据以纹理形式贴在地形上；