【摘 要】
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随着海洋石油开采业的日趋繁荣,海底管道溢油泄露事故频发。在科学计算可视化领域,如何准确地实现海洋溢油过程三维仿真,以实现对石油污染的分析、预警与防治,成为研究者亟待
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随着海洋石油开采业的日趋繁荣,海底管道溢油泄露事故频发。在科学计算可视化领域,如何准确地实现海洋溢油过程三维仿真,以实现对石油污染的分析、预警与防治,成为研究者亟待解决的问题。三维溢油仿真与可视化可以为用户直观地展示海底溢油场景,生动地呈现局部海域的海洋环境细节。本文的主要研究内容包括:1.总结海底管道溢油在水体中漂移扩散数值模拟的研究,归纳出适用于不同风场、流场等海洋环境的溢油漂移扩散模型。2.针对三维仿真中溢油粒子数量规模小导致的仿真真实性效果差的问题,设计实现了基于GPU并行计算的粒子系统算法,充分利用GPU的并行计算能力完成粒子属性的更新,同时使用点精灵(Point Sprite)技术进行大规模粒子绘制。3.针对大规模粒子系统粒子迹线绘制内存开销大的问题,使用多线程结合Out-of-Core技术实现了大规模溢油粒子仿真下实时溢油粒子迹线可视化算法。4.采用基于纹理的可视化方法结合经典3DLIC算法实现对瞬时三维溢油矢量场的可视化展示,并针对基于纹理方法的溢油矢量场可视化中常见的纹理遮挡问题提出基于三维纹理结合流线聚类约简的可视化方法。本文的主要贡献在于:三维溢油仿真场景的实现,弥补了二维分析在真实性和直观性方面的不足;粒子层面的迹线可视化分析,使用户在当前海洋环境下直观获取粒子运动时段轨迹等信息;基于三维纹理结合流线聚类约简的矢量场可视化算法在一定程度上减轻了纹理之间的遮挡,可以更清晰地表征瞬时时刻溢油矢量场的矢量信息、油膜扩散状态及未来时间内溢油的扩散趋势。
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