海洋三维仿真平台的潮流模拟可视化建模

1、 454 上 海 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 第 13 卷 图7 简化的潮流数值模拟可视化与虚拟 图6 海岸海洋潮流数值模拟空间参照系 UML 类图 Fig. 6 Object class diagram of spatial reference system 现实对象模型 UML 类型 Fig. 7 Simplified object class diagram of tidal current numerical simulation visualization and VR model 流对象直观空间认知的手段 ,使研究者产生虚拟现实 系统的 3 个特征 ,即主体的沉浸感 (

2、 Immersion 、 运用 对虚拟客体的交互操作 ( Interaction 以及认识反映研 究客体规律性的自治特性 (Autonomy . 对于潮流数值 模拟的可视化和虚拟现实主要体现在具有真实感的 动态视觉模型和交互操作潮流参数而获得的虚拟潮 流客体自治的变化特性 ,其对象模型如图 7 所示 . 由于需要显示水下的地形起伏 , 海水必须呈现 蓝色半透明的视觉效果 ,所以 ,水位场的显示需要用 到色彩融合的技术 . 实现海面和水下三维飞行模拟 , 需要设定飞行器实时的空间坐标及其空中姿态 . 这 可以通过上述的空间方向矢量 Orientation 来表达 , 其中 ,Position 确

3、定飞行器的空间位置 , 并假设 front 方向矢量确定飞行器的飞行方向并控制飞行器的滚 动 角度 ; right 方向矢量控制飞行器对地的俯仰角 度 ;above 方向矢量控制飞行器的偏航角度 ; 根据人 机交互操作发生的动作 , 实时刷新飞行器的空间位 置和空中姿态 ,就可实现实时的三维模拟飞行 . 综上所述 ,利用可视化与虚拟现实技术 ,我们设 计并实现了一个海岸海洋潮流数值模拟虚拟现实的 原型软件系统 3DVROcean , 其中实现了潮流水位场 和流速场的三维实时动态模拟 、 交互控制的三维空 间飞行 、 遥感正射影像的三维地形映射 、 多分辨率 DEM 数据的分形压缩等功能 . 图

4、 8 和 9 是用该软件 生成的黄海辐射沙洲潮流数值模拟中水下数字地形 模型和潮流场的虚拟场景 . 进一步的工作在于设计 并实现交互控制潮流参数获得虚拟潮流的自治特性 的研究 . 该原型软件系统 3DVROcean 在东海分局应 用过程中反应效果好 . 图8 黄海辐射沙洲水下数字地形模型的虚拟场景 Fig. 8 Virtualscene of sandridges under the water of Yellow Sea of China 4 结 论 本研究将可视化和虚拟现实的建模技术手段运 用到海岸海洋潮流数值模拟中 , 其动态图像演示了 潮流场的运动演化过程 , 及海底地形与潮流场的相

5、互演化关系 . 这与海底地貌和沉积学研究得出的结 果可 互 为 印 证 价值 . 12 , 表明该项技术具有实际应用 建立的基于海洋物理的实时海面模拟潮流数学 模型 ,在海洋三维仿真平台的潮流模拟建模实验中 可以动态地 、 实时地模拟出波浪在某个角度下的振 幅、 角度分布 、 能量分布和潮流 、 潮汐 , 具有实际应 第4期 师 彪 ,等 : 海洋三维仿真平台的潮流模拟可视化建模 455 图9 二维潮流场矢量的虚拟场景( 涨潮流 Fig. 9 Virtual scene of two2dimensional tidal current velocity field 用价值 . 海岸海洋潮流数值

6、模拟的可视化与虚拟现实是 海岸海洋潮流研究的重要技术方法 , 借助于地理信 息系统 、 计算机图形图像学以及科学可视化等理论 和技术实现的虚拟现实系统 , 可以很好地满足海岸 海洋科学的深入研究 . 在此基础之上实现虚拟地理 环境 、 数字地球等网络化 、 全球化的系统将是今后的 发展方向 . 参考文献 : 1 WANG Y, REN M E , ZHU D K. Sediment supply to the continental shelf by the major rivers of China J . Journal of Geological Society , 1986 , 143

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