[发明专利]一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及数字建模技术领域，具体的说一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法。 

[背景技术]

在信息技术中，数字模型被用来代表信息的一个基本载体，一个好的数字模型能够高效，全面的体现其所要代表的信息，为以其为基础的数据处理、信息分析提取提供最直接的基础，而数字模型设计的质量直接影响到软件的功能强弱，输出信息的准确度，系统提供的服务水平。 

当前信息技术应用中，多数数字模型仅仅专注于单一空间维度的静态信息的支持，例如能生成复杂静态电子地图的数字模型；另外一些数字模型仅仅专注于单一时间维度的动态信息的支持，例如能支持运动物体（比如汽车，卫星）运行速度、方向变化的数字模型。其的弊端或者不足在于有的不能很好的支持连续空间信息（栅格对象）；有的不能支持个体对象信息（矢量格式对象）；多数模型只能支持非连续偶发性的变化形式，比如地图表示每年地震分布变化等。在对有连续空间分布，持续动态变化的现象（比如海洋波高分布、台风变化等）支持方面，现有模型都不理想）。 

但是如何表现动态变化的有连续界面的图像，即同时支持空间和时间信息的数字模型，一直没有得到很好的解决，因为要设计一个能够很好的表示物体在三维空间的动态变化的数字模型，难度很大，如果这个动态物体不是单一个 体，而是一个非常复杂的动态个体的组合，例如自然现象中的洋流运动、风暴运动、大气气压的分布数据变化等复杂多样变化，那复杂度更要提高很多。 

因此就目前来讲，要开发一种通用而又高效的数字模型来广泛应用于所有需要是完全不可行的，只有根据应用方向、研究范围的不同，开发有针对性的专用数字模型。 

[发明内容]

本发明的目的在于克服现有建模技术手段上关于同时表现空间时间信息的缺陷，提供一种为特定自然现象的研究应用提供支持的新型数字模型，既填补了空白，同时也为后续应用开拓了新的思路。 

为实现上述目的，设计一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法，包括等值线树分析法、计算机及网络，其特征在于在可视化中，采用等值线树法和Voronoi图对流体运动的液体进行拓扑划分，根据流体运动的液体变化，快照（snapshot）模型和事件驱动（event driven）模型，通过嵌入时间信息在等值线树上，提供对等值线从每个节点到连续变化的动态化支持，同时通过整合空间插值或时间插值，实现空间维度从点到面的信息支持和时间维度的连续性支持，构建流体数值化动态模型，所述的快照（snapshot）模型记载将动态变化的过程分割为一系列按照时间顺序排列的快照，每个快照包含相应时间的空间信息及时间属性，整个动态变化情况通过比对相邻的快照的差异来获取的程序控制方法，所述的事件驱动（event driven）模型记载初始状态，然后以触发每次变化发生的事件为跟踪手段，跟踪每个对象变化，反映动态过程，记录事件涉及的对象，通过比对事件发生后的状态和初始状态，跟踪 动态变化过程的程序控制方法。 

所述的等直线树的连续变化被分割为一系列各个独立的时间快照（snapshot）,每个时间快照的等值线树记录此时刻的空间信息和其它属性。 

所述的等值线树上的每个节点记录自身的生命时间，即出现的时间和终止时间。 

等值线树上的节点记录时间信息的方法为： 

a.在时间点 t₁，一个新顶点 B 出现，支干 BC被加到等值线树上，时间信息t₁作为节点 B和 C的起始时间点； 

b.在时间点t₃，等值线树拓扑结构没有变化，在时间点t₄，等值线树拓扑结构发生变化，顶点B消失，因此t₃作为节点 B和 C的终止时间点； 

c.在时间点t₃ 到时间点t₄ 之间的所有等值线树都存储有支干BC的出现和结束的时间信息。这样就不难从其中任何一个等值线树提取出支干BC在任何时间的空间信息。 

所述的等值线树上的节点包含了对应等值线的空间和时间信息。 

当进行空间插值时，采用Inverse Distance Weighting (IDW)算法，所述的算法公式为