海岸海洋潮流模拟可视化及虚拟现实建模.doc

海岸海洋潮流模拟可视化与虚拟现实建模* 马劲松，朱大奎 （南京大学大地海洋科学系，南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室，南京，210093 电话：86-25-3593770(O)，86-25-3593756(H)，Email：majs@nju.edu.cn） Visualization Modeling and Virtual Reality for Coastal Ocean Tidal Current Numerical Simulation MA Jingsong，ZHU Dakui （Dept. of Geo Ocean Sciences, Nanjing University,The Key Laboratory of Coast and Island Development of Ministry of Education P.R.China Nanjing, 210093,Tel: 86-25-3593770(O), 3593756(H), Email:majs@nju.edu.cn ） Abstract: The technology of scientific visualization and virtual reality (VR) for tidal current numerical simulation is one of the most important modern methods utilized in coastal ocean science. This paper firstly illustrates a data model used for tidal current simulation from the viewpoint of Geographical Information Systems (GIS), presents an object-oriented modeling methodology suitable for hydrodynamic numerical simulation. Secondly, discusses the field visualization technique of tidal current velocity and describes the utilization of VR in simulation. The authors also designed and implemented a prototypic software system--VROcean, used in visualization of coastal ocean tidal simulation as well as oceanographic studies, and verified the results in the research program of tidal current numerical simulation on the sand ridges in South Yellow Sea of China. Keywords: Tidal Current Numerical Simulation; Virtual Reality; Visualization Model; Coastal Ocean 摘 要:潮流数值模拟的科学可视化与虚拟现实是海岸海洋科学研究重要的现代技术手段之一。本文首先从地理信息系统的角度对潮流数值模拟系统的数据模型进行了论述，提出了适合水文数值模拟的对象模型方法；其次探讨了空间流场的可视化技术，阐述了虚拟现实在潮流数值模拟中的作用；最后设计并实现了一个海岸海洋潮流模拟虚拟现实的原型软件系统VROcean，并在南黄海辐射沙洲等的潮流数值模拟试验中进行了实际对比检验。 关键词：潮流数值模拟；虚拟现实；可视化模型；海岸海洋 1概述 潮流是海岸海洋主要的水动力因素之一，它影响着诸如泥沙、盐分、各类污染物及能量的输运过程[1][2]。潮流的数值模拟是海岸海洋科学研究中一个重要且经济快速的技术方法，它通过离散化描述潮流运动的控制方程，用近似的求解方法模拟潮流的运动规律，达到对海岸海洋潮流场特征及其变化的科学认识，并指导对海岸海洋的管理、开发和利用[5]。 然而，数值模拟方法在具有经济快速特点的同时，也存在形象性与直观性差的问题。潮流数值模拟的计算结果往往是大量枯燥的数据，以及根据这些数据所绘制的静态流场图和水位过程曲线，这就阻碍了进一步进行潮流运动规律性认识的研究工作。针对这一问题，科学可视化和虚拟现实技术的兴起，无疑是改变这一状况的契机。 科学可视化和虚拟现实为研究者提供了直观地处理研究结果的技术方法，越