[发明专利]一种在复杂三维管网中构建实时可视化流体的方法

说明书

本发明公开了一种在复杂三维管网中构建实时可视化流体的方法，对复杂三维管网内各类管线和路口进行分析和归纳，通过管网建模及中线获取得到管网中线数据，并确定管线和路口类型；针对各类管线和路口分别采用求交运算、管网底面重构等方法建立流体表面模型，以减少实时流体建模计算量。基于由传感器网络或数值模拟得到的实时流体深度信息与管网模型类别实时更新流体表面和流体深度，实现实时流体建模；采用渲染技术最终实现复杂三维管网场景下的流体实时可视化。以矿井突水为实例，验证发明方法可行性并进行可视化分析。解决了复杂三维管网中难以实现流体实时可视化的问题。

技术领域

本发明涉及一种复杂三维管网中流体实时可视化技术，尤其涉及一种在复杂三维管网中构建实时可视化流体的方法。

背景技术

复杂三维管网是城市生存和发展中的重要基础设施，如常见的输油输气管道、矿山矿井巷道以及城市地铁轨道、地下水管道等，都与人们的日常生活和工作息息相关。实时模拟三维管网内的流体运动状态，可有效帮助人们监测管网内的物质运输状态，以及在防灾避险时(如巷道、轨道突水)指导人们及时规避风险；三维管网内的流体模拟在三维地质模拟中可有效模拟地下暗河以及地面河流；也可应用于三维游戏和影视动画中。

复杂三维管网内流体模拟包括管网建模和流体建模及可视化，以及建模完成后的可视化。管网建模技术主要有：尹志永等人利用3DS MAX开发出了一套自动三维建模插件，并结合OSG引擎完成了三维管网的建模及可视化；王国牛提出了一种直接利用二维管网数据构建三维管网数据库，并结合三维管网符号模型库和可视化参数实时构建三维管网的方法；周京春等人利用扫描(Sweep)造型法完成了管网精细化三维建模，简化了模型的复杂程度，保证了模型的通用性和准确性；随着科学技术的发展，江记洲等人实现了三维激光扫描点云构建三维管网模型，提高了建模效率和自动化程度。流体建模及可视化主要方法有：基于粒子系统插值的SPH方法，基于物理的欧拉法，以及基于耦合几何特征的高精度流体建模法等。

目前，使用的流体建模方法普遍适用于简单场景中的大面积较平整的流体构建。在大范围的复杂三维管网场景中，由于管网呈纵向立体分布且分支路径众多内部空间狭窄，管网内流体呈分散且非同一平面分布，且处处都要注意与管网的边界问题，如采用传统的粒子或物理等流体建模方法，需要时刻进行大量的计算建模，即使采用GPU并行计算加速也无法完成实时流体模拟。

发明内容

本发明的目的是提供一种在复杂三维管网中构建实时可视化流体的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的在复杂三维管网中构建实时可视化流体的方法，包括：

步骤A：根据实际工程，利用特殊中点提取方法获取三维管网模型和管网底面中线数据；

步骤B：使用管网底面中线上插值点的垂线与管线墙壁求交的方法，根据不同的管线、路口类型，分别求出各插值点处对应的墙壁交点，使用墙壁交点重构管网底面；

步骤C：利用重构后的管网底面，结合管网模型特性和数值模拟或传感器得到的实时流体深度信息，实时更新流体表面和流体深度，完成管网内流体建模，建模完成后对流体模型进行纹理渲染或颜色填充，以满足不同的可视化需求。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的在复杂三维管网中构建实时可视化流体的方法，对复杂三维管网内各类管线和路口进行分析和归纳，通过管网建模及中线获取得到管网截面中线数据，并确定管线和路口类型；针对各类管线和路口分别采用求交运算、管网底面重构等方法建立流体表面模型，以减少实时流体建模计算量。基于由传感器网络或数值模拟得到的实时流体深度信息与管网模型类别实时更新流体表面和流体深度，实现实时流体建模；采用渲染技术最终实现复杂三维管网场景下的流体实时可视化。以矿井突水为实例，验证发明方法可行性并进行可视化分析。解决了复杂三维管网中难以实现流体实时可视化的问题。

附图说明