灌溉水资源调配虚拟视景仿真的研究和软件设计

摘要

灌溉工程建筑物是水利工程设施之一,对促进我国农业发展起着极其重要的作用.灌区既是灌溉工程的建筑物,又是水资源调配的执行者.由于灌区规模大、管辖范围广,人员技术力量薄弱,如何实时、直观地展示灌溉工程建筑物的运行情况,是实现灌区信息化管理、工程建设以及水资源调配的决策基础.虚拟现实(VR:Virtual Reality)技术是一种综合计算机图形技术、人工智能、仿真技术等多种学科而发展起来的最新技术.它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成三维信息的虚拟环境,以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界,在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中,参与者可以直接探索虚拟对象在所处环境中的作用和变化,仿佛置身于一个虚拟的世界中.所以,将虚拟现实技术应用于灌区仿真研究,通过三维实时仿真来表现灌溉工程建筑物的运行状态,不仅为灌区管理提供了科学手段,而且投资小,因此较为经济可行.本文结合灌区三维场景中模型的类型及其特点,通过分析三维可视化技术的特点选定了研究中使用的各项技术.对不同类型的模型数据获取方法和模型的建立过程进行描述,实现基于DEM数据的三维可视化数字地形绘制,并采用源点网格蔓延算法计算当水位变化时水流淹没区域.着重研究为实现系统实时运行应如何组织和管理各类模型的数据,说明信息的交互方式,以及实现系统运行的数据流程控制.提出一个基于大量地理数据的简易型灌区虚拟视景仿真系统的整体框架,对实现灌区三维场景建模所采用的技术和算法,以及怎样进行三维场景的地物叠加、实时仿真、实时控制的实现过程作以详细的阐述.最后,阐述论文的研究成果及创新点,说明软件实现的功能所具有的实际推广价值.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1论文的选题背景

1.1.1研究的意义与现状

1.1.2软件系统功能分析

1.1.3灌溉水资源调配虚拟仿真中的主要研究内容

1.2论文的工作及组织

1.2.1论文的主要工作

1.2.2论文的组织结构

第2章数字高程模型

2.1数字高程模型的特点

2.2 数字高程模型的数据获取与内插

2.2.1 DEM数据获取

2.2.2 DEM数据内插

2.3 数字高程模型表面建模

2.3.1基于点的表面建模

2.3.2基于三角形的表面建模

2.3.3基于格网的建模

2.3.4混合表面建模

2.3.5表面建模方法的选择

2.4 数字高程模型的数据组织

2.4.1 DEM数据的分层与分块组织方法

2.4.2 DEM数据的动态装载方法

2.4.3 DEM数据的读取

2.5 数字高程模型的可视化

2.6本章小结

第3章实现虚拟现实系统的关键技术

3.1VR技术

3.1.1VR技术与仿真技术

3.1.2 VR技术在国内外的发展情况

3.1.3虚拟现实系统的基本特征及类型

3.2 OpenGL技术

3.2.1 OpenGL发展历史

3.2.2 OpenGL基本特点

3.2.3 OpenGL体系结构

3.2.4 OpenGL与Windows的接口

3.2.5 OpenGL像素格式管理

3.2.6 OpenGL工作流程

3.2.7 OpenGL的运行环境及基本组成

3.3复杂3D模型的构建

3.4本章小结

第4章数据的流程控制

4.1 ADO(Active Data Object)技术

4.1.1选择ADO的原因

4.1.2 ADO对象模型

4.1.3 ADO存取数据编程模型

4.2数据库管理系统

4.2.1数据库结构设计

4.2.2数据库的连接及数据的动态处理

4.3 本章小结

第5章软件的实现过程

5.1建立OpenGL图形程序基本框架

5.2三维地的模拟

5.2.1地形的动态生成

5.2.2地形的平滑技术

5.2.3地形的绘制

5.3天空的模拟

5.3.1圆顶形天空的建模

5.3.2纹理映射

5.3.3图形绘制

5.4水流的模拟

5.4.1确定水流范围

5.4.2水的流动效果

5.4.3水波的效果

5.4.4水波的绘制

5.5地物模型的叠加

5.6外部三维图形文件的输入与处理

5.6.1 3DS文件格式简介

5.6.2 3D文件输入程序

5.7交互式程序控制

5.8本章小结

第6章结论及展望

6.1本文的总结

6.2进一步的工作

参考文献

致谢