随着科技的进步,尤其是第二次工业革命后,污染问题一直伴随着工业的发展,其中大气污染则是不可忽视的污染事件之一。大气污染不仅带来沙尘、雾霾等直接危害,还会造成酸雨以及地面辐射量减少等间接危害。此外,长期吸入大量污染物可能引发哮喘甚至肺癌等呼吸系统疾病,因此空气中过高的污染物浓度对人体的危害也受到日益广泛的关注。在地理信息系统(Geographic Information System,GIS)领域研究城市街区机动车尾气扩散规律,并对扩散过程和浓度场分布进行科学有效的模拟与分析,能够在污染措施改善方面发挥积极而必要的作用。在气体扩散模拟方面已经有较为成熟的模型及部分软件,但是当前的研究中很少有模拟结果的展示与分析,尤其是三维可视化。同时,这些研究偏重于模型机理的分析或者单纯的可视化,缺乏模拟功能与可视化功能的集成,而且很难集成地理信息。因此本文认为,在空气污染空间建模、可视化和集成分析等方面还需要进一步的研究。本文的主要研究内容如下:(1)利用三维GIS(3DGIS)的优势,考虑三维建筑物的阻塞与遮挡作用,对CALINE4(California Line Source Dispersion Mode 4)模型进行优化。同时,在模拟的过程中根据实际情况综合考虑多条道路浓度的影响,使其更加符合真实扩散情况。(2)在GPU动态体可视化技术的基础上,对其梯度计算、体纹理重采样和动态插值等关键技术进行研究,动态表达街道尺度的机动车尾气扩散过程,实现机动车尾气扩散的可视化。(3)将基于优化CALINE4模型的气体扩散模拟与3DGIS进行完全集成,并对扩散过程数据进行统一建模,实现机动车尾气的扩散模拟及实时可视化,形成一个集扩散模拟与结果可视化于一体的分析与显示系统。