基于WebGL的大规模河道流场可视化渲染的方法、装置和设备.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113628337A(43)申请公布日2021.11.09(21)申请号202110961466.8(22)申请日2021.08.20(71)申请人北京优锘科技有限公司地址100015北京市朝阳区酒仙桥路10号82幢一层105室(72)发明人乐世华吴俊华谢帅井刚张腾飞张佳亮黄正雨李鉴陈傲寒(74)专利代理机构北京安度修典专利代理事务所(特殊普通合伙)11424代理人杨方成马欢萍(51)Int.Cl.G06T17/05(2011.01)G06T15/00(2011.01)G06T15/04(2011.01)权利要求书2页说明书8页附图5页(54)发明名称基于WebGL的大规模河道流场可视化渲染的方法、装置和设备(57)摘要本发明涉及一种基于WebGL的大规模河道流场可视化渲染的方法，包括沿河道流向提取河道边界数据信息；通过Delaunay三角剖分算法剖分河道，构建三角化河道，以有限点表示整个河道内流场分布情况；利用所述河道边界数据信息，引入反比例权重函数构建流函数ψ，通过所述流函数ψ计算出符合实际特征的流场信息U(Pi)；基于所述三角化河道，并结合所述流场信息U(Pi)获取整个河道流场图；基于河道流场图在WebGL中采用纹理图像流场可视化方法对水流进行渲染绘制，获取实际河道渲染场景图。本发明的水体渲染方法是一种可以适应各种大规模河道形状、正确表现河道流态的渲染可视化方法。本发明还涉及一种基于WebGL的大规模河道流场可视化渲染的装置、介质和设备。CN113628337ACN113628337A权利要求书1/2页1.一种基于WebGL的大规模河道流场可视化渲染的方法，其特征在于，包括如下步骤：沿河道流向提取河道边界数据信息；通过Delaunay三角剖分算法剖分河道，构建三角化河道，以有限点表示整个河道内流场分布情况；利用所述河道边界数据信息，引入反比例权重函数构建流函数ψ，通过所述流函数ψ计算出符合实际特征的流场信息U(Pi)；基于所述三角化河道，并结合所述流场信息U(Pi)获取整个河道流场图；基于河道流场图在WebGL中采用纹理图像流场可视化方法对水流进行渲染绘制，获取实际河道渲染场景图。2.根据权利要求1所述的基于WebGL的大规模河道流场可视化渲染的方法，其特征在于，所述沿河道流向提取河道边界数据信息包括：沿河道流向河岸包括左岸与右岸，分别提取左岸线与右岸线；对不同岸线设定不同的流函数值，左岸流函数值与右岸流函数值之差为岸线间单位厚度的水流流量。3.根据权利要求1所述的基于WebGL的大规模河道流场可视化渲染的方法，其特征在于，所述利用所述河道边界数据信息，引入反比例权重函数构建流函数ψ，通过所述流函数ψ计算出符合实际特征的流场信息U(Pi)包括：获取河道边界数据信息，依据水流运动连续性方程，引入反比例权重函数构建河道内流函数ψ(x,y)，其全微分为：河道内任意点的流场为(u,v)，u、v为流速在x，y方向上分量，可通过对流函数的偏导数求得，公式如下：则河道内任意点P的流函数值表达为:其中，di为河道内任意点P到边界Bi的最短距离，ψi为边界Bi的流函数值，W为权重函数；其中，s为搜索半径，p为正实数，f为光滑函数，f(t)＝6t5‑15t4+10t3(5)通过上述公式(1)‑(5)得到所有河道剖分点的流函数值ψ，以及通过对流函数求导得到河道剖分点的流场值U(Pi)，其中U(Pi)＝(ui,vi)。4.根据权利要求1所述的基于WebGL的大规模河道流场可视化渲染的方法，其特征在于，基于所述三角化河道将流场信息U(Pi)导入GPU中，并将河道最大流速导入顶点着色器，对流场信息U(Pi)进行归一化处理后导出至片元着色器，经坐标转换为纹理坐标并输出，获2CN113628337A权利要求书2/2页取整个河道流场图。5.根据权利要求1所述的基于WebGL的大规模河道流场可视化渲染的方法，其特征在于，所述纹理图像流场可视化方法基于图像平流思想，使得流场动画中每一帧图像都是由之前图像和一系列经过滤波的噪声背景图像卷积获得。6.根据权利要求4所述的基于WebGL的大规模河道流场可视化渲染的方法，其特征在于，所述基于河道流场图在WebGL中采用纹理图像流场可视化方法对水流进行渲染绘制，获取实际河道渲染场景图包括如下步骤:对流场纹理进行采样，获取河道水流流场信息(u，v)；使用数据纹理形式构造多幅大小尺寸相同、经过方波信号滤波且相位不一的噪声纹理；对流场信息(u，v)进行坐标转换，使其从[0,1]映射到为[‑1,1]；对河道进行网格剖分，将每个网格视为一个质点；沿着水流流场方向，对质点进行平流操作，实现网格运动变形；对于平流后处于河道内的质点，其平流结果为上一帧平流图