[发明专利]一种基于一维洪水演进模型的大区域河流三维模拟方法

说明书

本发明提供了一种基于一维洪水演进模型的大区域河流三维模拟方法，属于大区域河流的三维模拟与可视化技术领域，可以根据一维的圣维南方程计算的河流水位和时间，得到一个时序动态模拟的三维河流可视化效果。首先计算得到合理的实际范围和流程函数；创建多个相邻的三维断面；得到任意断面的每一时刻水位高程，构建闭环的河流三角网曲面；最后进行动态纹理映射，对洪水的水流方向和动态效果进行模拟，并按照时间的水位变化效果进行重复迭代，完成三维模拟。本发明解决了对大区域河流的三维动态模拟和可视化渲染理论复杂和计算速度慢的问题，以及解决了一维计算结果转换为三维可视化模型的问题。

技术领域

本发明属于河流模拟技术领域，尤其涉及一种基于一维洪水演进模型的大区域河流三维模拟方法。

背景技术

长距离的大江大河河流三维模拟目前存在诸多难题，首先如果直接采用三维计算模型，数学理论复杂，目前实现困难，通常是一维或者二维的计算模型；其次几百上千公里的河道对计算机计算能力和实时运算要求很高；最后在应急抢险救灾的河流模拟等需求场景下，亟需快速将理论计算结果的河流演进计算结果进行三维可视化展示，这对抢险救灾中的三维虚拟仿真具有重要意义，可以根据一维洪水演进的结果快速转换为三维形式的虚拟仿真，重新模拟或者再现抢险救灾过程。因而研究一种基于大区域一维河流演进计算模型下的三维河流模拟仿真算法具有重要的意义。

现有的三维河流模拟方法主要存在的问题有：①短距离河流的坡降较小，按照等高程平面来区分模拟河道，方法无法针对模拟大尺度、大区域的需求，特别是堰塞湖溃坝洪水模拟等的情况；②现有的直接应用三维模拟方法进行计算模拟方法，计算量不足以实现实时模拟；②长距离河流模拟需要满足自动计算河流边界并且根据一维河流动力学模型计算结果转换到三维虚拟仿真模拟的结果，而现有的长距离河流模拟算法自动化程度不足，大多需要人为干预计算过程、动态视口裁剪调度和边界拾取，因而应用广泛性,这些问题导致了三维虚拟仿真技术在抢险救灾中直接应用的较少。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于一维洪水演进模型的大区域河流三维模拟方法，解决了现有技术中对大区域河流的三维动态模拟和可视化渲染理论复杂、计算速度慢的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于一维洪水演进模型的大区域河流三维模拟方法，包括以下步骤：

S1、根据区域河流所在的中心线、河流两侧的山脊线、对应河流所在区域的DEM数据和三维场景显示范围分别计算得到河流实际范围以及河流的流程函数；

S2、根据河流两侧的山脊线、河流实际范围、河流的流程函数以及预设的最大河道垂直落差，计算得到构建河流面所需的连接断面的位置；

S3、根据模拟的时间段等分时间间隔，并根据等分时间间隔以及连接断面的位置，利用一维洪水演进模型计算得到每一个断面点位置在固定时刻基于坐标的水位高程，并根据所述基于坐标的水位高程迭代连接相邻两个断面和河流两侧的山脊线，得到河面分段多边形；

S4、根据DEM数据，对两个断面形成的河面分段多边形均匀插入内部点，并进行限定Delaunay三角形划分，形成三维网格曲面；

S5、根据所述三维网格曲面和洪水演进模拟的时间段，利用动态纹理映射方法对时间和洪水的水流方向进行模拟，完成当前时刻基于一维洪水演进模型的大区域河流三维模拟；

S6、根据动态模拟的时间序列，重复迭代步骤S3至步骤S5完成连续时间段内基于一维洪水演进模型的大区域河流三维模拟。

本发明的有益效果是：本发明可以基于一维河流演进算法进行三维河流动态模拟的方法，可以将一维的计算数据转换为一种三维河流的高效动态模拟，将一维河流演进推进到三维可视化动态渲染模拟，为河流的三维动态仿真提供了一种高效、快捷的模拟方法。

进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：