[发明专利]基于WebGL的大规模河道流场可视化渲染的方法、装置和设备

权利要求书

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(P_i)；

基于所述三角化河道，并结合所述流场信息U(P_i)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；

基于所述三角化河道将流场信息U(P_i)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(P_i)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，获取整个河道流场图；其中，对流场信息U(P_i)进行归一化为vUv，vUv为varying类型，是代码中一个变量，再将vUv导出至片元着色器，片元着色器中将vUv坐标从[-1,1]转化为[0,1]为纹理坐标并输出，获取整个河道流场图，片元着色器将vUv坐标从[-1,1]转化为[0,1]具体采用公式：st＝vUv；st＝st*0.5+0.5；

其中，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，其中，minFilter缩小滤镜和magFilter放大滤镜均为LinearFilter线性滤镜，每帧图像不断更新，形成相位各不相同的噪声纹理，不相关的噪声纹理来表现矢量场的动态效果；

对流场信息(u，v)进行坐标转换，使其从[0,1]映射到为[-1,1]，velocity＝velocity*2.0-1.0；

对河道进行网格剖分，将每个网格视为一个质点；

对于该流场中的任意质点，它的运动方程满足欧拉方程，且定常流场平流轨迹为流线，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；所述欧拉方程满足：

P(t)为k帧图像所处位置，t为时间；

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像，对于超出河道边界，其平流结果黑色图像；在每次平流过程中，增加背景噪声图像进行控制，采用如下公式以实现基于纹理图像生成动态矢量场；

I(P_k，k+1)＝(1-α)I(P_k-1，k)+αN(P_k，k)；

其中α∈[0，1]为混合因子，用于控制平流与噪声影响的比例，k∈N，k为流场动画的帧数，N为噪声图像，I为流场动画某一帧的质点图像；

将前一帧矢量场图像的平移结果作为背景图像与噪声图像进行混合，生成新的矢量场状态帧；

叠加混合过程中，将颜色缓冲区清除功能关闭，最终输出水体流场渲染结果，获取实际河道流场渲染场景图。

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。