[发明专利]一种Web端实时交互洪水演进仿真可视化方法

权利要求书

1.一种Web端实时交互洪水演进仿真可视化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）洪水演进数学模型建立：采用二维浅水方程建立洪水演进数学模型，采用Roe格式的近似Riemann解对数值通量进行求解，将模型守恒变量存储在像素rgba通道，计算得到的水深、水位、流速结果传输至渲染器进行渲染；（2）在shader中完成数学模型编程：使用OpenGL着色器语言（GLShading Language，GLSL）实现浅水方程在渲染着色器编程，通过Three.js类库创建渲染目标纹理缓存对象(TBO)，使其作为中介，将渲染输出结果从一个着色器传递到下一个着色器，完成浅水方程计算结果传递迭代；

（3）对水体在Web端并行加速计算求解：利用图形处理器的片段着色器进行计算，构建可编程渲染过程，并将结果不断输出到帧缓存中；

（4）对仿真结果进行渲染显示：构建水面及地形网格，并完善场景中相机、灯光、渲染材质等组件，建立洪水三维场景，将输入输出数据存储在纹理单元中，调用片段着色器进行离屏渲染，使用乒乓技术进行输入与输出纹理的交换，实现循环更新,最终通过渲染器将结果显示在屏幕上；

（5）水面和地形的实时交互操作：在shader中设置鼠标点击操作识别的uniform变量，当监测识别到交互操作指令，则将该uniform变量从CPU传输至GPU Shader中，并以高斯函数计算每个纹理点的权重，得到相应纹理点的水面和地形的增减量，进而实现仿真结果实时交互变化。

2.根据权利要求1所述的一种Web端实时交互洪水演进仿真可视化方法，其特征在于，所述步骤（2）中，在Web端通过使用Three.js类库创建渲染目标纹理缓存对象的过程如下：

a.首先绘制一个能覆盖整个视口的矩形区域，矩形区域范围内所包含的像素数等于需要处理的数据数量；

b.然后通过编写顶点着色器程序，为矩形的四个顶点分配纹理坐标，其后光栅处理器会在四个顶点之间进行插值处理，生成新的顶点填满整个四边形；

c.再编写片段着色器程序，计算处理纹理中每一个像素的数据；

d.将纹理缓存对象设为渲染目标，纹理缓存对象用于存储计算数据；

e.最后渲染矩形区域，即对矩形区域内每个像素进行计算，并将计算结果保存到目标TBO中。

3.根据权利要求1所述的一种Web端实时交互洪水演进仿真可视化方法，其特征在于，所述步骤（3）中，利用图形处理器的片段着色器进行计算，构建可编程渲染过程的具体步骤为：在片段着色器中，通过设置纹理视区和正交投影变换以保证纹理坐标和像素坐标的匹配，并在相同大小的矩形几何体上进行贴图运算，使用帧缓存对象或从纹理取回数据，构建可编程渲染过程，GPU则在同一时间段内将渲染任务分派到几个通道并行执行，从而将每个数据项自动分配到不同的渲染线管线中去处理，实现并行加速计算。

4.根据权利要求1所述的一种Web端实时交互洪水演进仿真可视化方法，其特征在于，所述步骤（4）中，将输入输出数据存储在纹理单元中的具体步骤为：构建水面及地形网格，并完善场景中相机、灯光、渲染材质等组件，建立洪水三维场景，将水体模拟计算数据以纹理形式存储在纹理像素中，以二维形式存储，纹理中每一个像素点包含4个通道：r、g、b、a，依据纹理形式的不同，数据填充使用这4通道的部分或全部，以整型或浮点形式存储。

5.根据权利要求4所述的一种Web端实时交互洪水演进仿真可视化方法，其特征在于，所述纹理单元包括地形纹理单元和守恒向量纹理单元，所述地形纹理单元在单元格中心存储地形数据，以float格式存储在r通道，使用双缓冲纹理，二者的更替切换实现变量的更新迭代，所述守恒向量纹理单元包含三个分量，r通道为水深h，g通道为x方向单宽流量hu，b通道为y方向单宽流量hv，数据存储在单元格中心。