基于i4Ocean平台的海上溢油动态可视化与应急决策支持系统的研究与设计
本文选题:溢油可视化 + 渲染引擎 ; 参考:《中国海洋大学》2013年硕士论文
【摘要】:伴随着高速腾飞的世界多元化经济,水上运输作为一种古老的运输方式近年来也重新焕发了蓬勃的生机,海上船舶运输更是被冠之于“世界贸易载体”的美名。但是,伴随着日渐繁荣的海上运输业,巨型油轮及其他运输工具造成的原油泄漏事故也频繁发生,带来了日趋严重的石油污染,极大的破坏了海洋生态环境,同时也带来了巨大的经济损失,一幅幅溢油场景让人触目惊心。近年来发生的几起重大溢油事故,更是引起了人们对溢油造成的石油污染问题的重视,使得溢油成为各个领域研究的热点。如何在溢油事故发生后准确迅速地预报出溢油的漂移扩散动态、使其得到及时的清除,成为了当前科研工作人员亟待解决的问题。 目前国内外有很多对海上溢油可视化的相关研究,但这些溢油可视化模型往往倾向于二维,无法真实、形象、生动的展现海上溢油的漂移扩散以及海底溢油喷发的过程。本课题旨在实验室自主研发的虚拟海洋可视化平台(i4Ocean)的基础上建立一个具有高度真实感的海上溢油动态可视化及应急决策支持系统,主要包含以下研究内容: 1.综合比较当前几种溢油漂移扩散算法,整合出一个适用于在复杂海洋环境中进行溢油可视化的算法,以此来模拟溢油在不同风场、流场等参数下的漂移扩散过程。 2.采用内外存调度算法来解决大规模粒子渲染效率低的问题,,同时通过GPU来渲染自定义的特效文件,提高溢油的可视化效果。 3.运用i4Ocean渲染引擎,采用粒子系统等关键技术来实现海上溢油的动态可视化以及飞机喷洒化学剂消融海面溢油的过程。 4.模拟溢油在发生时的风场、流场等参数作用下的漂移扩散过程,把可视化结果与该海域溢油真实遥感影像进行比对,以此来检验、校对该系统的可视化结果。 本文针对以上几方面的研究,建立了一个海上溢油动态可视化及应急决策支持系统,对海上溢油的漂移扩散过程进行了动态可视化,弥补了二维溢油可视化在真实感方面的不足。经过测试表明,该系统能够较为真实的展现海面溢油及海底溢油的扩散过程,渲染效率较高,能够满足交互性和实时性的各项要求。本文的研究为溢油事故提供一个全新的解决方案,同时也可以作为向公众宣传介绍溢油事故的一个窗口,向公众普及溢油知识。并为类似海上漂浮物的可视化提供了技术可行性,具有较大的意义。
[Abstract]:With the rapid development of the diversified economy in the world, water transportation as an ancient mode of transport has been revitalized again in recent years, and maritime shipping is also known as the "carrier of world trade". However, with the increasing prosperity of the marine transportation industry, oil spill accidents caused by giant oil tankers and other means of transportation also occur frequently, which has brought more and more serious oil pollution and greatly damaged the marine ecological environment. At the same time also brought huge economic losses, oil spill scenes are shocking. In recent years, several major oil spill accidents have caused people to pay more attention to the oil pollution caused by oil spill, which makes oil spill become a hot spot in various fields. How to accurately and rapidly predict the drift and diffusion dynamics of oil spill after the oil spill accident, so that it can be cleared in time, has become an urgent problem to be solved by researchers. At present, there are many researches on the visualization of oil spill at sea, but these visualization models tend to be two-dimensional, unable to be real and vivid, showing the drift and diffusion of oil spill at sea and the process of submarine oil spill eruption. The purpose of this paper is to establish a highly realistic dynamic visualization and emergency decision support system for offshore oil spills based on the virtual ocean visualization platform named Ni4 Ocean.It mainly includes the following research contents: 1. By comparing several current oil spill drift diffusion algorithms, an algorithm for visualization of oil spills in complex marine environment is developed to simulate the drift diffusion process of oil spills in different wind and current fields. 2. The internal and external memory scheduling algorithm is used to solve the problem of low efficiency of large-scale particle rendering. At the same time, GPU is used to render custom special effect files to improve the visualization effect of oil spill. Using i4Ocean rendering engine, using particle system and other key technologies to realize the dynamic visualization of oil spills at sea and the process of jet spraying chemical agent to melt oil spills on the sea surface. This paper simulates the drift and diffusion process of oil spills under the action of wind field, flow field and other parameters, compares the visual results with the real remote sensing images of oil spills in the sea area, and verifies the visualization results of the system. In this paper, a dynamic visualization and emergency decision support system for offshore oil spill is established, and the drift and diffusion process of oil spill at sea is dynamically visualized. It makes up for the deficiency of two-dimensional oil spill visualization in the sense of reality. The test results show that the system can show the diffusion process of sea surface oil spill and submarine oil spill, and the rendering efficiency is high, and the system can meet the requirements of interaction and real-time. The research in this paper provides a new solution for the oil spill accident, and it can also be used as a window to introduce the oil spill accident to the public and popularize the knowledge of oil spill to the public. It also provides the technical feasibility for the visualization of similar floating objects at sea and has great significance.
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:U698.7
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本文编号:2011297
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