[发明专利]基于GPU的大规模自然河道水体渲染的方法、装置和设备

说明书

本发明涉及一种基于GPU的大规模自然河道水体渲染的方法，包括沿河道流向提取河道边界数据信息；通过Delaunay三角剖分算法剖分河道，构建三角化河道，以有限点表示整个河道内流场分布情况；利用所述河道边界数据信息，引入反比例权重函数构建流函数ψ，通过所述流函数ψ计算出符合实际特征的流场信息U(P_i)；基于所述三角化河道，并结合所述流场信息U(P_i)获取整个河道流场图；基于河道流场图采用FlowMap方法对水流进行渲染绘制，获取实际河道渲染场景图。本发明的水体渲染方法是一种可以适应各种大规模河道形状、正确表现河道流态的渲染可视化方法。本发明还涉及一种基于GPU的大规模自然河道水体渲染的装置、介质和设备。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于GPU的大规模自然河道水体渲染的方法、装置、介质和设备。

背景技术

三维虚拟仿真技术已广泛应用于数据地球、数字城市、数字流域等领域，水体渲染是三维仿真系统重要的部分，不同形式的水体渲染技术各不相同。传统的水面渲染技术中可实现水面流动效果，多以线性波形叠加方法(如Gerstner Wave)、统计模型方法(如FFT)及数值方法(CFD、浅水方程)等；线性波形叠加方法与统计模型方法对湖面类较为适合，但是其存在流向单一的问题，所有水面仅朝一个方向流动，对于弯曲河道绘制，不能很好表现河流流态，与实际流向出现相悖的景象。另一方面，数值方法计算精度高，但计算负荷大，对于非水利行业从事人员来说，要计算得到大规模河道流场信息，举步维艰。因而，建立大规模、适应弯曲河道的、正确表现河道流态的水体渲染需求变得越来越紧迫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于GPU的大规模自然河道水体渲染的方法、装置、介质和设备。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于GPU的大规模自然河道水体渲染的方法，包括如下步骤：

S100沿河道流向提取河道边界数据信息；

通过Delaunay三角剖分算法剖分河道，构建三角化河道，以有限点表示整个河道内流场分布情况；

利用所述河道边界数据信息，引入反比例权重函数构建流函数ψ，通过所述流函数ψ计算出符合实际特征的流场信息U(P_i)；

基于所述三角化河道，结合所述流场信息U(P_i)获取整个河道流场图；

基于河道流场图采用FlowMap方法对水流进行渲染绘制，获取实际河道渲染场景图。

优选地，所述沿河道流向提取河道边界数据信息包括：

沿河道流向河岸包括左岸与右岸，分别提取左岸线与右岸线；

对不同岸线设定不同的流函数值，左岸流函数值与右岸流函数值之差为岸线间单位厚度的水流流量。

优选地，所述利用所述河道边界数据信息，引入反比例权重函数构建流函数ψ，通过所述流函数ψ计算出符合实际特征的流场信息U(P_i)包括：

获取河道边界数据信息，依据水流运动连续性方程，引入反比例权重函数构建河道内流函数ψ(x,y)，其全微分为：

河道内任意点的流场为(u，v)，u、v为流速在x，y方向上分量，可通过流函数的偏导数求得，公式如下：

则河道内任意点P的流函数值表达为: