基于DEM数据的SPH水体流动模拟-论文.pdf

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1、2015年4月地理空间信息Apr．，2015第13卷第!期CI￡OSPAF1ALJF0RMATION、ro1．13．NO．2基于DEM数据的SPH水体流动模拟一周枭楠，周贵云(1．电子科技大学，四川成都611731)摘要：对基于DEM数据的SPH水体流动模拟技术进行研究。对整个模拟流程进行重点介绍，并根据DEM数据的特点，对SPH的边界条件处理方法进行修改。最后借助OpenGL的显示能力，在2种不同类型的地形上对水体流动进行实时计算和模拟。实验表明，对边界条件处理方法的修改是合理的，基于DEM数据的SP

2、H水体流动模拟结果令人满意、关键词：光滑粒子流体动力学；数字高程图像；OpenGL；边界条件中圄分类号：j!文献标志码：l文童塌号：4(Q3_、【J1)Jl、lfl__【)¨、1基本概念介绍困区圈DEM是一种用、y、z坐标描述地表形态的数i据模型。DEM具有数据精度高，易于获取和便于分析lDEM数ll影像数据l}纹理坐标I数据l据导入ll导入l}生成l导入等一系列优点，被广泛应用在测绘、地质、地理、军事等领域114]o利用DEM数据不但可以让地形场景可l视化，还可以配合对应区域的遥感影像进行纹理贴图，水

3、体流动模拟计算从而使得地形场景更为逼真。lSPH(smoothedparticlehydrodynamic)即光滑粒结果显示输出子流体动力学，是一种用来模拟水体流动的拉格朗日无网格粒子法，最初由Gingold和Monaghan0、Lucy州保存，而将融合的LandSat7数据以BMP格式进行保存。于1977年分别提出。SPH算法的原理是将连续系统离2．2数据导人散化为一堆相互作用的单独粒子，同时给这些粒子赋这一步需要将保存后的DEM数据和LandSat7数予诸如质量、速度、粘度等各种物理特性，而这样做据

4、导入系统内存中，供后面进行相关计算和结果输出就使得这些粒子具有真实粒子的材料特性。这样一来，显示。本文以OpenGL为技术基础来构建整个模拟系研究者只需通过对这一堆相互作用的粒子集合的运动统，它本身只提供了点、线、多边形等简单图像的绘制，状况、相关特性进行观察和研究，便可以得到整个系并未直接提供对ASCII格式文件的读取和显示功能。统的运动状态和相关特性。因此，需要依靠人工编写程序对其进行读取和绘制．．2模拟流程考虑到DEM数据规则网格的特点，同时方便后面进行纹理贴图和与SPH法相结合进行水体流动模拟．

5、故决本文是将DEM数据与SPH算法相结合，来实现定将DEM数据以图2的方式进行保存。基于DEM数据的SPH水体流动模拟。图1为整个模拟过程流程图。2．1数据预处理从“国际科学数据服务平台”下载选定区域的1)EM数据和与对应区域的LandSat7第3、4、5波段数据由于DEM数据所表示的区域与LandSat7数据所表示的区域并不一定完全重合，故需要对数据进行裁剪和拼接，保证2种数据所表示的区域重合。数据处理完成后，将处理后的DEM数据以ASCII的格式进行周枭楠等：基于DEM数据的SPH水体流动模拟·87

6、·考虑到DEM数据的规则性，本文以一个小网格向Z轴方向进行投影，只需要判断投影后的点落在哪为单位，从左上角开始，从左到右，从上到下，依次一个投影三角形内，即可得到该点与哪一个三角网格读取并保存点坐标。当读取到DEM数据中任意一个最接近。判断该粒子到这个三角网格的垂直距离。如小网格，在存储的时候，将其按图2中的样子，分割图3右图所示。当该点到三角网格的垂直距离小于设成2个小三角形，并以逆时针的顺序存储这2个三角定值时，即认为该点过于接近边界，需要让其进行反形中的顶点坐标，同时也将该三角形所对应的编号进弹。

7、此时，根据预先设定好的参数来修正该粒子的加行存储而同时，也将该点所对应的纹理坐标进行存速度，从而保证其无法穿越边界储．顶点的纹理坐标计算公式为(／／rows，／／cols)，其中i，，分别为该顶点对应的行列号，而rows和cols为、7L、、／、整个纹理贴图的行列总数。得到任意顶点的纹理坐标＼、●—————7后，因为在第一步已经将DEM数据和纹理数据进行了匹配，而通过这个纹理坐标就可以在纹理数据中找到对应点的纹理，从而对DEM地形进行正确的纹理贴图。2．4结果输出显示2．3水体流动模拟计算使用上面方法得

8、到系统在任意时刻任意点的运动结合DEM数据自身的特点，本文使用一种简洁的状态后，只需要进行简单的循环显示，便可以将该系方法来处理SPH算法中的边界问题、2．3．1SPH公式统在任意时刻的运动状态展现出来。本文采用OpenGL进行三维显示。整个过程均采用实时计算和实时演示前文提到，SPH算法是将连续系统离散为一堆相互作用的粒子集合，通过研究每一个粒子的运动情况，3水流推进演示最终来模拟整个系统的运动情况。因此，如何得到每一个粒子的运动状态就显