[发明专利]顾及水面比降的河道水面三维可视化方法

说明书

本发明公开了一种顾及水面比降的河道水面三维可视化方法。它包括如下步骤，步骤一：数据准备；步骤二：对水面边界多边形进行边界点增密；步骤三：多边形三角化；步骤四：基于水位过程数据对边界点的高程进行插值与调整；步骤五：基于调整后的三角网进行水面绘制。本发明具有保证水面可视化效果更加真实、灵活、实用，适用性强的优点。

技术领域

本发明涉及三维仿真与可视化技术领域，更具体地说它是顾及水面比降的河道水面三维可视化方法。

背景技术

现有关于水面三维可视化的方法主要分两类：第一类为纹理水，主要通过动态纹理、凹凸纹理、投影纹理等技术，模拟水面的反射、折射、波光等视觉效果，这种方法效率较高，但无法体现水体的波浪起伏。如论文《大规模虚拟场景中水体实时效果的实现》、《基于Cg和OpenGL的实时水面环境模拟》等。第二类为顶点水，主要通过波谱模拟、傅里叶变换、函数组合、流体动力学等数学方法来模拟水体格网顶点高程的变化规律，进而体现水面的波浪起伏效果，这种方法起伏效果真实，但是计算量较大，效率不高，如论文《三维游戏中基于OGRE的动态水面模拟算法》、论文《一种面向虚拟环境的真实感水波面建模方法》、专利《一种基于GPU的实时动态水面模拟方法》等。

这两类方法都没有考虑天然河道上游水位高、下游水位低，即存在水面比降的特性，因而难以适用于流域级的水位过程三维可视化。

水面三维可视化主要水利信息化、3D游戏、数字城市等领域，对水面进行三维可视化可以增强水面的真实感。在大范围(如流域级)河道水面三维可视化时如果不考虑水面比降，将影响河道两岸水面淹没的真实性和视觉效果。

因此，现急需研发一种体现水体的波浪起伏效果更加真实的水面三维可视化的方法。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种顾及水面比降的河道水面三维可视化方法，保证水面可视化效果更加真实(即能体现水体的波浪起伏效果更加真实)、灵活、实用，适用性强。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：顾及水面比降的河道水面三维可视化方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：数据准备；

步骤二：对水面边界多边形进行边界点增密；

步骤三：多边形三角化；

步骤四：基于水位过程数据对边界点的高程进行插值与调整；

步骤五：基于调整后的三角网进行水面绘制。

在上述技术方案中，步骤一中，准备的数据为河道现有数据，所述河道现有数据包括河道水面边界多边形数据、河道沿线水文测量站水位过程线数据；河道沿线水文测量站水位过程线数据包括水文测量站(水文测量站下述简称测站)编号，x坐标、y坐标，水位，时间；其中，测站编号按照从上游到下游的顺序从0开始依次增加至n，n为整数、且大于或等于0。

在上述技术方案中，步骤二中，通过设置增密点间距，控制增密之后的边界点数量。

在上述技术方案中，步骤三中，对增密后的边界多边形进行三角化，将增密后的多边形转化为一系列三角网集合。

在上述技术方案中，步骤四中，边界点水位高程插值与调整的算法包括如下步骤：

S41：遍历增密后的多边形边界点P；

S42：计算与当前多边形边界点P最近的测站S_i，其编号为i，设某一时刻的水位为l_i；

S43：通过相邻测站水位计算多边形边界点P的插值水位l_p；插值水位l_p包括如下内容：