[發明專利]一種基于GPGPU的天然氣泄漏擴散的動態可視化方法

有效

• 申請號: 201710237761.2
• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN107093207B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 程若楨;陳靜
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T15/04
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

1.一種基于GPGPU的天然氣泄漏擴散的動態可視化方法，其特征在于：包括以下過程，

首先，初始化繪制環境，使用OpenGL創建兩個PBO和一個FBO，創建三維紋理對象和二維紋理對象用于存儲GPGPU的計算結果，定義擴散坐標系和體素坐標系，初始化視點、光源在WGS84坐標系中的位置；

設當前的擴散時刻為t，先基于CPU進行以下泄露擴散范圍的頂點陣列生成處理，

步驟a1，由CPU在擴散坐標系中，計算擴散時刻t時天然氣分別在x軸、y軸、z軸的擴散距離Rx、Ry、Rz和擴散范圍在x軸的最小值Minx；

步驟a2，由CPU在擴散坐標系中，將擴散范圍內的采樣距離與三維場景的LOD級別相關聯，在當前三維場景的LOD級別下以deltaX、deltaY、deltaZ的距離分別在x軸、y軸、z軸方向采樣，生成t時刻泄露擴散范圍的頂點陣列，并重新調整Rx、Ry、Rz，使得x軸、y軸、z軸方向的采樣點個數均為2的整次冪；將擴散坐標系中泄漏擴散范圍的體包圍盒轉換到WGS84坐標系，繼而轉換到世界坐標系中，得到世界坐標系中泄漏擴散范圍的體包圍盒；由兩個平行平面與世界坐標系中泄漏擴散范圍的體包圍盒構建擴大之后的新的體包圍盒，其中一個平面經過((Rx+Minx)/2，0，Rz)在世界坐標系中的對應點，另一個平面經過世界坐標系中泄漏擴散范圍體包圍盒底面的四個頂點；

步驟a3，由CPU將t時刻泄露擴散范圍的頂點陣列載入一個空閑的PBO，令t＝t+deltaT，deltaT為時間間隔，針對下一個當前的擴散時刻返回步驟a1，執行步驟a1-a3，將新的擴散時刻t泄露擴散范圍的頂點陣列載入另一個PBO；

當CPU將t時刻泄露擴散范圍的頂點陣列載入PBO后，針對下一擴散時刻執行步驟a1-a3時，由GPU將頂點陣列從PBO傳輸到與頂點陣列大小相同的三維紋理對象，并完成以下繪制處理，

繪制兩個長方體，將濃度值體數據和頂點光照透射率體數據通過紋理映射的方式在片段著色器中實現GPGPU計算，把計算結果渲染并輸出到FBO，則濃度值體數據和頂點光照透射率體數據分別作為三維紋理被寫入紋理緩存；繪制一個矩形，將屏幕點顏色值數據通過紋理映射的方式，結合對濃度值體數據三維紋理和頂點光照透射率體數據三維紋理的采樣，在片段著色器中實現GPGPU計算，計算結果寫入二維紋理并直接渲染到屏幕，實現了擴散濃度數據生成和可視化的一體化。

2.如權利要求1所述一種基于GPGPU的天然氣泄漏擴散的動態可視化方法，其特征在于：

步驟1中，對于擴散坐標系和體素坐標系的定義如下，

擴散坐標系定義為以泄漏源p₀在地面的投影點為原點，以下風向方向為x軸，以地面上垂直于x軸方向為y軸，以垂直于地面豎直向上方向為z軸；在擴散坐標系中，擴散范圍由長方體包圍盒(Minx，-Ry，0)、(Rx，-Ry，0)、(Rx，Ry，0)、(Minx，Ry，0)、(Minx，-Ry，Rz)、(Rx，-Ry，Rz)、(Rx，Ry，Rz)、(Minx，Ry，Rz)確定，Rx、Ry、Rz分別為x軸、y軸、z軸的最大擴散距離，Minx為擴散范圍在x軸的最小值；

體素坐標系定義為以擴散坐標系中(Minx，-Ry，0)為原點，x軸、y軸、z軸方向均與擴散坐標系相同；在體素坐標系中，擴散范圍由長方體包圍盒(0，0，0)、(M-1，0，0)、(M-1，N-1，0)、(0，N-1，0)、(0，0，L-1)、(M-1，0，L-1)、(M-1，N-1，L-1)、(0，N-1，L-1)確定，M-1、N-1、L-1分別為x軸、y軸、z軸的最大擴散距離，M、N、L分別表示x軸、y軸、z軸的采樣點個數。