[發(fā)明專(zhuān)利]基于GPU的大規(guī)模自然河道水體渲染的方法、裝置和設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110963217.2
• 申請(qǐng)日: 2021-08-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113674437B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樂(lè)世華;謝帥;吳俊華;張佳亮;井剛;張騰飛;徐承銀;李鑒;陳傲寒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京優(yōu)锘科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06T19/20
• 分類(lèi)號(hào): G06T19/20;G06T17/20
• 代理公司: 北京安度修典專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11424
• 代理人: 楊方成;馬歡萍

本發(fā)明涉及一種基于GPU的大規(guī)模自然河道水體渲染的方法，包括沿河道流向提取河道邊界數(shù)據(jù)信息；通過(guò)Delaunay三角剖分算法剖分河道，構(gòu)建三角化河道，以有限點(diǎn)表示整個(gè)河道內(nèi)流場(chǎng)分布情況；利用所述河道邊界數(shù)據(jù)信息，引入反比例權(quán)重函數(shù)構(gòu)建流函數(shù)ψ，通過(guò)所述流函數(shù)ψ計(jì)算出符合實(shí)際特征的流場(chǎng)信息U(P_i)；基于所述三角化河道，并結(jié)合所述流場(chǎng)信息U(P_i)獲取整個(gè)河道流場(chǎng)圖；基于河道流場(chǎng)圖采用FlowMap方法對(duì)水流進(jìn)行渲染繪制，獲取實(shí)際河道渲染場(chǎng)景圖。本發(fā)明的水體渲染方法是一種可以適應(yīng)各種大規(guī)模河道形狀、正確表現(xiàn)河道流態(tài)的渲染可視化方法。本發(fā)明還涉及一種基于GPU的大規(guī)模自然河道水體渲染的裝置、介質(zhì)和設(shè)備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于GPU的大規(guī)模自然河道水體渲染的方法、裝置、介質(zhì)和設(shè)備。

背景技術(shù)

三維虛擬仿真技術(shù)已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)地球、數(shù)字城市、數(shù)字流域等領(lǐng)域，水體渲染是三維仿真系統(tǒng)重要的部分，不同形式的水體渲染技術(shù)各不相同。傳統(tǒng)的水面渲染技術(shù)中可實(shí)現(xiàn)水面流動(dòng)效果，多以線(xiàn)性波形疊加方法(如Gerstner Wave)、統(tǒng)計(jì)模型方法(如FFT)及數(shù)值方法(CFD、淺水方程)等；線(xiàn)性波形疊加方法與統(tǒng)計(jì)模型方法對(duì)湖面類(lèi)較為適合，但是其存在流向單一的問(wèn)題，所有水面僅朝一個(gè)方向流動(dòng)，對(duì)于彎曲河道繪制，不能很好表現(xiàn)河流流態(tài)，與實(shí)際流向出現(xiàn)相悖的景象。另一方面，數(shù)值方法計(jì)算精度高，但計(jì)算負(fù)荷大，對(duì)于非水利行業(yè)從事人員來(lái)說(shuō)，要計(jì)算得到大規(guī)模河道流場(chǎng)信息，舉步維艱。因而，建立大規(guī)模、適應(yīng)彎曲河道的、正確表現(xiàn)河道流態(tài)的水體渲染需求變得越來(lái)越緊迫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于GPU的大規(guī)模自然河道水體渲染的方法、裝置、介質(zhì)和設(shè)備。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

一種基于GPU的大規(guī)模自然河道水體渲染的方法，包括如下步驟：

S100沿河道流向提取河道邊界數(shù)據(jù)信息；

通過(guò)Delaunay三角剖分算法剖分河道，構(gòu)建三角化河道，以有限點(diǎn)表示整個(gè)河道內(nèi)流場(chǎng)分布情況；

利用所述河道邊界數(shù)據(jù)信息，引入反比例權(quán)重函數(shù)構(gòu)建流函數(shù)ψ，通過(guò)所述流函數(shù)ψ計(jì)算出符合實(shí)際特征的流場(chǎng)信息U(P_i)；

基于所述三角化河道，結(jié)合所述流場(chǎng)信息U(P_i)獲取整個(gè)河道流場(chǎng)圖；

基于河道流場(chǎng)圖采用FlowMap方法對(duì)水流進(jìn)行渲染繪制，獲取實(shí)際河道渲染場(chǎng)景圖。

優(yōu)選地，所述沿河道流向提取河道邊界數(shù)據(jù)信息包括：

沿河道流向河岸包括左岸與右岸，分別提取左岸線(xiàn)與右岸線(xiàn)；

對(duì)不同岸線(xiàn)設(shè)定不同的流函數(shù)值，左岸流函數(shù)值與右岸流函數(shù)值之差為岸線(xiàn)間單位厚度的水流流量。

優(yōu)選地，所述利用所述河道邊界數(shù)據(jù)信息，引入反比例權(quán)重函數(shù)構(gòu)建流函數(shù)ψ，通過(guò)所述流函數(shù)ψ計(jì)算出符合實(shí)際特征的流場(chǎng)信息U(P_i)包括：

獲取河道邊界數(shù)據(jù)信息，依據(jù)水流運(yùn)動(dòng)連續(xù)性方程，引入反比例權(quán)重函數(shù)構(gòu)建河道內(nèi)流函數(shù)ψ(x,y)，其全微分為：

河道內(nèi)任意點(diǎn)的流場(chǎng)為(u，v)，u、v為流速在x，y方向上分量，可通過(guò)流函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)求得，公式如下：

則河道內(nèi)任意點(diǎn)P的流函數(shù)值表達(dá)為: