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上篇 流域虚拟仿真总体框架与关键技术第1章 流域虚拟仿真概述3

1.1 虚拟现实技术概述3

1.1.1 虚拟现实技术的发展历程3

1.1.2 虚拟现实技术的特点4

1.1.3 虚拟现实系统组成5

1.1.4 虚拟现实技术的应用6

1.2 虚拟现实技术在流域模拟中的作用和意义7

1.2.1 信息表述的直观性7

1.2.2 工程设计的预见性8

1.2.3 科学计算的可视性9

1.2.4 方案模拟的交互性9

1.2.5 决策支持的综合性10

1.3 流域虚拟仿真研究方向与进展10

1.3.1 地形地物三维建模技术10

1.3.2 三维可视化技术12

1.3.3 虚拟现实与GIS相结合的研究14

1.3.4 虚拟现实与数值模拟相结合的研究15

1.3.5 三维虚拟仿真应用系统开发18

第2章 流域三维建模技术19

2.1 流域三维建模的类别与工具19

2.1.1 流域三维建模分类19

2.1.2 实时绘制系统建模方法与特点21

2.1.3 面向实时绘制的建模工具24

2.2 流域三维建模的方法与关键技术25

2.2.1 OpenFlight模型数据结构25

2.2.2 流域实体模型的建模方法27

2.2.3 三维建模的关键技术31

2.3 流域自动化建模方法33

2.3.1 基于Terra Vista的自动建模34

2.3.2 基于VPB的流域地形建模39

2.3.3 基于Creator API的建模工具开发40

2.4 流域模型的集成与存储41

2.4.1 模型层次结构的调整41

2.4.2 场景模型的集成存储42

第3章 流域三维虚拟环境的建立44

3.1 流域三维可视化实现框架44

3.2 流域三维可视化关键技术45

3.2.1 层次细节方法46

3.2.2 多分辨率层次模型的建立46

3.2.3 基于外存的数据组织47

3.2.4 基于图像的绘制48

3.2.5 三维动态场景绘制48

3.3 基于OpenGVS的三维虚拟环境开发框架49

3.3.1 程序开发框架49

3.3.2 虚拟场景控制52

3.3.3 复杂场景调度方法54

3.4 基于OSG的三维虚拟环境开发框架56

3.4.1 OSG的场景体系结构56

3.4.2 OSG的帧循环与程序框架57

3.4.3 OSG下复杂场景的调度59

3.5 立体显示效果的实现61

3.6 流域矢量加载与文字标注62

3.7 流域实体选取与信息查询65

3.7.1 空间数据与属性数据存储结构65

3.7.2 基于三维场景的探测查询65

第4章 水流仿真模拟技术67

4.1 水流仿真模拟方法概述67

4.2 静态纹理模拟水流69

4.2.1 高精度影像模拟河道水流69

4.2.2 重复纹理模拟河道水流70

4.2.3 透明纹理和河道分层设色模拟河道水流70

4.3 河道水流动态模拟71

4.3.1 纹理变换模拟动态水流71

4.3.2 水面波动模拟动态水流72

4.3.3 水位与纹理动态变化模拟水流74

4.3.4 粒子系统模拟水流76

4.4 基于粒子系统的流场模拟77

4.4.1 粒子的存储结构78

4.4.2 粒子的运动与更新79

4.4.3 粒子的出生与消亡81

4.5 基于纹理映射的流场模拟83

4.5.1 基于纹理图像的流场可视化原理83

4.5.2 流场动态可视化平台开发85

4.5.3 工程应用与比较89

4.6 各种模拟方法比较89

第5章 流域虚拟仿真框架与算法91

5.1 流域仿真模拟的功能层次与总体框架91

5.1.1 流域仿真模拟的功能层次91

5.1.2 流域仿真平台的总体框架92

5.2 流域演变过程模拟93

5.2.1 流域演变模拟的快照格网模型94

5.2.2 快照格网的基态修正模型94

5.3 工程方案动态仿真95

5.4 洪水淹没过程模拟97

5.4.1 洪水淹没分析方法97

5.4.2 河道洪水淹没实现方法98

5.4.3 多级堤防淹没情况分析100

5.4.4 虚拟环境下洪水淹没仿真101

5.5 溃堤洪水过程模拟102

5.5.1 溃堤洪水淹没区域计算分析102

5.5.2 虚拟环境下洪水淹没过程仿真105

5.6 防洪应急方案的制定与显示106

第6章 流域实时交互仿真109

6.1 流域交互仿真的需求与问题109

6.1.1 流域实时交互仿真的需求109

6.1.2 流域交互仿真的现状与问题109

6.2 现代计算机技术对实时交互仿真的影响111

6.2.1 并行计算机体系的发展112

6.2.2 多核心对软件开发模式的影响113

6.3 流域仿真模拟的交互控制方法研究114

6.3.1 数学模型的概化与控制接口114

6.3.2 实时交互仿真系统开发模式115

6.3.3 实时交互仿真控制流程117

6.3.4 虚拟现实与数值模拟间的协调同步119

6.3.5 虚拟现实与数值模拟间的数据传输方法121

6.4 流域实时交互仿真应用实例123

下篇 流域虚拟仿真在工程实践中的应用第7章 都江堰工程虚拟仿真模拟129

7.1 都江堰工程概述129

7.2 都江堰工程虚拟仿真系统开发131

7.2.1 系统总体框架与开发工具131

7.2.2 三维场景模型的建立133

7.2.3 数据库系统的建立139

7.2.4 都江堰枢纽区数学模型的建立141

7.2.5 三维虚拟仿真平台开发143

7.3 都江堰工程虚拟仿真系统功能146

7.4 基于虚拟仿真系统的工程方案论证151

7.4.1 方案论证的意义151

7.4.2 坝址选择151

7.4.3 方案争论152

7.4.4 推荐方案及其视觉论证153

第8章 长江流域虚拟仿真模拟157

8.1 长江流域虚拟仿真应用概述157

8.1.1 长江流域概述157

8.1.2 长江流域虚拟仿真系统建设需求158

8.2 长江流域虚拟仿真基础平台开发158

8.2.1 流域三维空间建模158

8.2.2 虚拟仿真基础平台开发163

8.2.3 数学模型接口设计169

8.3 虚拟仿真系统在航运调度中的应用171

8.3.1 长江航运调度需求171

8.3.2 应用平台结构设计171

8.3.3 平台功能及其应用173

8.4 虚拟仿真系统在三峡库区监测中的应用178

8.4.1 三峡库区三维可视化与漫游178

8.4.2 监测数据查询与管理180

8.4.3 香溪河监测结果显示180

第9章 汶川地震应急系统开发183

9.1 基于World Wind的地震灾区三维显示183

9.1.1 World Wind数据来源183

9.1.2 基于四叉树的数据组织与调度184

9.1.3 程序的启动与实时渲染186

9.2 地名标注与救灾路径的加载187

9.3 唐家山堰塞湖模拟189

9.4 World Wind在灾害应急中的应用展望192

第10章 哈尔滨城市防洪虚拟仿真系统194

10.1 防洪数字仿真平台总体框架194

10.1.1 研究范围介绍194

10.1.2 洪水预报流程195

10.1.3 防洪仿真平台框架196

10.2 哈尔滨城市防洪虚拟仿真系统开发197

10.2.1 基础资料与开发工具197

10.2.2 防洪区域建模197

10.2.3 场景浏览与标注202

10.3 哈尔滨城市防洪虚拟仿真系统工程应用205

10.3.1 洪水综合信息查询205

10.3.2 洪水淹没过程显示208

10.3.3 流场模拟209

10.3.4 溃堤洪水过程模拟211

10.3.5 雨量等值面信息显示212

参考文献214