河流水面三维可视化研究

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterTheVisualizationofRiverSurfaceByChenlongLiuInstructor：TongdeGuoHydrologicalInformationTechnologySchoolofWaterConservancyandEnvironmentApril，2014学位论文原创性声明lIIlllMIIHIIIIIllIIIIIIIIIIIIImJlUlIIDIY2547440本人郑重声明：所呈交的学位论

2、文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的穴容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：引铷学位论文使用授权声明日期：M仵Q月乡‘)日本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子舨，允许论文被查阅和借阅：本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行

3、检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：葫1骺1日期：)‘JfI阵细歹d日摘要随着各领域数字化的发展，水利行业也已经开展了数字流域的研究。在数字流域的众多研究领域中，对于河流水面渲染的研究并不多。很多河流三维可视化系统，为了图方便和提高显示效率，往往仅使用一个平面并贴上朝一个方向流动的水波纹理作为水面，普遍存在水面效果不够逼真，不能顺着河道方向流动的现象。影响河流水面渲染

4、逼真度的主要因素有两个：一是水面渲染需要占用大量的计算资源和显示资源；二是通过复杂边界生成河流水面网格模型需要繁琐的计算和过长的生成时间。对于上述问题，本文对水面的实时渲染、水面波浪模型、水面网格的快速生成以及水面网格数据的组织和优化等方面进行了深入研究。为了提高水面渲染效率，本文使用HLSL编写着色器程序对Direct3D中的可编程流水线进行控制。这样可以使用GPU代替CPU计算，实现合理的水面光照模型。本文结合基于Perlin噪声和基于海浪谱的方法生成波浪的高度图，在渲染时配合其法线图作为纹理实现波浪效果，将高度图的高度信息置换到水

5、面网格上。河流边界的矢量数据可以通过GIS手段得到。读取河流边界坐标之后，对其重采样，得到所需要的边界点，然后插值获得网格内部顶点。水面网格中的各个顶点需要包含正确的纹理坐标，以使波浪纹理合理映射到水面网格上。根据贴体坐标系原理和纹理映射原理的相似性，本文使用一种简便的网格生成方法，不仅可以快速生成网格，同时便于后续的网格数据组织有很大帮助。河流一般是地域跨度很大的区域，其数据量也是非常庞大的。对于大量的数据进行组织和优化，最常用的方法就是层次细节处理配合区域分块处理。本文对比不同网格层次细节生成方法之后，选用Geomipmaping算

6、法实时生成水面层次细节模型，同时利用链表结构存储水面网格块，减少视椎体裁剪时的判断数量，提高了计算效率，并利于管理。关键词：河流波浪；水面渲染；复杂边界；水面层次细节AbstractWiththedevelopmentofdigitalizationinvariousfields，waterconservationindustryhasalsocardedoutmanyresearchesondigitalbasin．However，therearefewresearchesonfiversurfacerenderingindigita

7、lbasinareas．Forthesakeofconvenienceandimprovingtheefficiencyofdisplay，mostofrivervisualizationsystemsjustuseaplane，whichhasasingledirectionflowtexture，insteadofthefivermesh．Therenderingeffectisusuallynotrealisticandthewatercannotflowalongtheriver．Thevitalfactorsaffecting

8、therealityofwatersurfaceareasfollow：firstly，watersurfacerenderingneedsvastresourcesofcalculationanddisp