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湖泊是人类赖以生存的重要水资源,然而近些年来,随着人口的增长,城镇工业和农业的发展,城市湖泊水环境污染问题日益严峻。武汉市水资源总量丰富,被赞誉为“百湖之市”,但由于城市污水的灌入和面源污染的影响,导致大东湖范围水体污染严重,多处水体已严重富营养化,湖泊的水环境的治理与生态的修复迫在眉睫。湖泊三维可视化仿真技术是建立“数字湖泊”的关键技术手段之一,可以为城市湖泊的信息化管理和评价与决策提供直观的可视化平台,因此,开展相关研究具有重要的实际应用价值。 本文围绕城市湖泊三维可视化仿真系统设计与开发开展研究,基于开源的三维渲染引擎OSG(OpenSceneGraph)并综合虚拟现实与可视化建模、人机交互及数据调度等技术,对武汉大东湖及相邻场景进行建模与仿真,为大东湖水网调度决策支持系统可视化应用集成提供了技术支撑。 论文归纳了城市湖泊三维可视化仿真系统研究的背景及意义,明确了系统的开发目标、支撑工具、开发平台以及总体结构;提出了大东湖范围场景数字模型的高效仿真方法。基于数字高程模型(DEM)与数字正射影像(DOM)实现了城市湖泊基础地理环境的数字建模,通过实地采集提取典型建筑物的结构与纹理特征信息,批量数字建模并精确附加到基础地理环境中,解决了大地形多地物场景的组织难题;基于OSG与虚拟现实技术,设计并开发了场景湖泊水体、人机交互及天气仿真等子模块,建立了城市湖泊三维可视化仿真系统,并积极探索了湖泊三维流场情景及污染扩散过程的模拟方法;系统应用在大东湖生态水网构建工程中,实现了大东湖场景的可视化与漫游功能,为城市湖泊的信息化管理和评价与决策提供了直观的可视化平台。最后,总结了全文的研究成果,并指出了工作的不足和以后的研究方向。