基于OpenGL的洪水风险信息三维可视化研究

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我国是一个洪水灾害频繁发生的国家,每年因洪水灾害造成的经济损失约占全部自然灾害损失的60%以上,直接影响到人民的生命财产安全和社会稳定。提高流域整体防洪能力主要通过工程措施和非工程措施,防洪非工程措施较工程措施建设周期短,投资少,见效快,在防洪体系中占有越来越重要的地位。洪水风险图是防洪非工程措施之一。本文的研究重点是洪水风险信息三维可视化,属于洪水风险信息可视化,是洪水风险图的重要组成部分,利用OpenGL强大的三维造型功能可以直观地反映洪水风险信息,并能实现对洪水和地形的三维交互式实时漫游,为防洪抗险决策者提供决策的科学依据。本文依据地理信息系统和可视化技术的功能和特点,提出了可视化技术与地理信息系统结合的方法,实现了洪水风险信息的三维可视化。本文的研究内容主要包括:(1)本文综合利用OpenGL提供的三维实体构建方法、真实感显示技术和对三维实体对象的交互控制技术,开发了以VC++为平台,基于OpenGL的三维实体可视化系统,实现了对区域洪水风险信息的形象显示。(2)根据ArcGIS中栅格数据的特点,本文采用规则格网数字高程模型,利用颜色控制、融合和纹理贴图等技术,实现了对地形和洪水的三维真实感模拟,模拟效果较ArcGIS三维显示真实感更强。利用计算机动画技术实现了洪水演进的真实再现。(3)本文模拟堤防使用的数据是ArcGIS中的矢量数据,矢量数据与栅格数据的组织方式不同,实现三维实体真实感模拟的方法也不同。依据堤防的结构特征,建立堤防数学模型,求解堤防模拟关键点,采用参数化建模方法,实现堤防三维模型构建,并完成了堤防模型和地形模型的无缝拼合。河道水面采用四边形逼近模拟,利用计算机动画技术实现了河道水体由高到低的顺势流动,增加了三维场景的真实感。(4)通过雾化技术处理大规模地形及洪水的显示问题。雾化技术的使用为大规模地形及洪水显示创建了一个有限的可见性区域,大大减少了模拟过程中所需三角面片的数量,减少了图形处理系统的负担,在提高图像真实感的同时,提高了图像显示速度,实现了地形及洪水的不受路线和视线限制的交互式实时三维漫游。本文充分发挥了地理信息系统强大的空间分析和数据管理功能,以及可视化技术的三维真实感造型功能,使两者相互促进,相互补充,达到很好地模拟洪水风险信息的目的,弥补ArcGIS在三维实体真实感显示方面的不足,可以使防洪抗险决策者及时、正确的做出决策,减少洪水灾害损失。
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