空气污染扩散应急仿真与可视化研究及实现

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1、tlI东大学硕士学位论文摘要随着工业的发展和城市化的加快，空气污染愈加严重，在高楼林立人口密集的城市环境中更为突出。而突发的空气污染事故扩散快，危害大，具有不可以预测性，为了能够在事故发生后，快速合理地预测污染的扩散趋势和范围，尽可能降低污染的危害，避免人员的伤亡，污染扩散仿真模型及仿真结果的可视化得到广泛关注，成为相关领域的一个研究热点。本文在基于物理的流体仿真基础上，结合污染事故发生的环境条件，提出了一个适用于突发污染事故的扩散仿真模型，详细讨论了模型的数值求解方法。针对模型生成的数据，给出了可视化方法，并讨论了算法效率和效果。最后讨论了可视化结果在CAVE-1ike显示环

2、境中的交互与展示技术。污染扩散仿真建模是本课题的核心，到目前为止现存的模型都存在一定的使用限制，还没有一种模型能够处理各种情况。本文在基于物理的流体仿真基础上，在突发污染事故的局部环境下，对流体的原始数学描述进行修改和简化，最后在保证一定仿真精确度的前提下，能够快速地生成动态仿真结果，从而及时地做出应急决策。我们采用基于纹理映射的体绘制方法，利用当前GPU提供的可编程管线和强大的并行处理能力，能够达到实时体绘制效果，可以直观、清晰地展示污染物浓度分布的情况。最后，我们讨论了在CAvE一1ike虚拟现实环境中的交互与展示技术，利用具有沉浸感的显示环境和交互技术，改进对可视化结果的

3、观察和认识。本文提出的扩散仿真模型和可视化技术，能够快速生成和展示污染扩散的仿真结果，在一定程度上可以满足城市安全应急反应的需要，具有一定的理论和实用价值。关键词：污染扩散；流体仿真；可视化；高性能计算：虚拟现实山东大学硕士学位论文ABSTRACTAsthedevelopmentofindustryandaccelerationofurbanization，airpollutionisbecomingserious，especiallyinurbanenvironmentwherehi曲buildingsstandsidebysideandcrowdsaredense．Asto

4、airpollutionaccidents，whichdispersequicklyandCannotbeforecasted，couldproducehorribledamagetopeople．Onceaccidenttakesplace，weshouldestimatethedirectionandareaofpollutiondispersionandadopttheeffectivemeasuresassoonaspossible，whichcouldreducestheinfluencesandprotectpeople’Shealthtomaximumextent

5、．Asaresult，researchonsimulationofpollutiondispersionanditsvisualizationiscaredbymanyuniversitiesandgovernmentinstitutes，whichhasbeenahottopicinrelatedareasInthispaper,wecombinethebaseprinciplesofphysics-basedfluidsimulationandenvironmentconditionswhenairpollutionaccidentsariseandgiveareasona

6、blesimulationmodel．Meanwhile，thispaperintroducesanddiscussesthenumericalmethodsindetailthatareneededtosolvethemodel．Then，thispapervisualizesthedataproducedbymodelusingvolumerenderinganddiscussestheperformanceandresults．Finally,weintroducethetechnologiesofinteractionanddisplayinCAVE—likeenvir

7、onmentsAsthecoreofthispaper,simulationmodelingofairpollutiondispersionisstilllimitedbylotsofproblems．SothereisnomodelwhichCanmeetseachkindofrequirements．Inthispaper,themathematicdescriptionofphysics-basedfluidsimulationissimplifiedandimprovedaccord