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《大连理工大学》 2003年
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大坝地震反应数据场可视化方法研究

贾艾晨  
【摘要】: 尽管近年来对可视化的研究已有了很大的突破,但可视化的方法中还有许多问题有待于人们去解决,比如如何提高体绘制速度、如何动态地显示数据场可视化图像等,这些问题的解决,会进一步扩大可视化的应用领域和范畴。在大坝地震反应分析中,所常用的后处理软件的可视化功能主要是二维显示,三维的可视化功能非常有限,只能显示表面的应力分布和位移变化,无法显示大坝内部场值分布的变化过程,没有达到理想的可视化效果。 本文充分考虑了大坝地震反应数据场的特点,以大坝地震反应数据场的可视化方法研究为主要内容,以研制开发大坝地震反应可视化系统为最终目的,提出了几种可行性强的数据场可视化方法。其具体研究内容如下: (1)、基于St.Andrew单元剖分的基本思想,对定义在四节点非正规化网格上的地震反应数据进行等值线抽取,并以多种颜色绘制出计曲线。采用扫描线方法,计算出断面上像素点的场值及对应的颜色值,绘制出颜色连续变化的场值云图,使人们清楚地了解大坝地震反应中指定断面的场值分布。 (2)、为了使人们了解大坝地震反应整体应力分布情况,提出多层断面云图显示方法,将大坝多层断面的场值云图通过轴测投影变换后显示在一个画面里,并使其光强叠加,透过前一个断面可看到后一个断面的场值分布。该方法既能显示大坝单个断面的应力分布,又能观察和比较大坝各个断面的应力情况,生成方法简单,易于推广,为体数据的三维可视提供了简单可行的途径。 (3)、为了弥补传统体绘制静止画面不能明确判断场值集中部位的不足,提出一种快速体绘制算法,针对大坝地震反应有限元计算数据场,根据每个单元法线与视线夹角最小的表面来选择剖切方向,将单元剖切成多个四边形面后,对单元的绘制顺序进行合理排序,利用OpenGL图形库函数进行颜色融合,再将各个单元依次叠加,从而生成了三维数据场的体绘制图。该方法大大提高了体绘制速度,实现了从不同视点动态观察体绘制图,可以清楚地分析场值集中部位。 (4)、为了动态地显示大坝地震反应数据场的整体变化情况,本文提出了基于网格、表面、体绘制和多断面的数据场三维动态可视方法,并给出了位移数据场的几种动态可视方法,可以立体地反映出三维数据场的整体数据分布,实现大规模数据场实时动态可视,使人们及时准确地了解大坝地震反应过程,正确地做出决策。 (5)、举例说明了分形的IFS方法;推导出Koch曲线的具体迭代算式;给出了 由分形插值曲面生成地形图的具体方法;提出了在同一递归深度取相同随机量的方法 解决中点变位法中的裂缝问题,实现了用三角形中点变位法和四边形中点变位法绘制 场景中的山形,从而用连续四边形面片构造出了库区山形及河道,用分形曲面构造出 了河床,逼真地全景显示了可视化场景。 可视化是涉及到计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机 交互技术等多个领域的交叉学科,可视化在土木工程中的应用又会涉及到土木工程中 的许多实际工程问题,因此要达到完善大坝地震反应可视化方法及研制开发大坝地震 反应可视化系统的目标,还有大量艰苦的工作要做。
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