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海上搜救模拟器中近海溢油的实时仿真与可视化研究

余枫  
【摘要】:海上搜救模拟器可用于搜救人员培训与模拟演习,最终达到检验各级搜救中心编制的海上搜救应急预案、检验搜救计划、完成海上搜救辅助决策以及搜救后评估的目的,提高海上人命救助水平。海上溢油处理模块及其实时仿真和三维可视化是海上搜救模拟器的重要组成部分。 本文通过对近海划定海域潮流数值模拟和对溢油数学模型的研究,提出了近海溢油的实时仿真和三维可视化算法。作者采用C++语言,基于Visual Studio 2005和Open Scene Graph (OSG) 2.8视景开发环境,实现了对近海划定海域溢油运动的实时仿真和三维可视化。本文的主要工作总结为以下三个方面: 1、研究了现有的潮流数值计算算法,划定一片近海海域,并根据其潮波特性来模拟它的潮流场。在数学模型方面本文采用Leendertse J. J.提出的一种二维单层流体力学数学模型来模拟近海潮流,并采用隐式方向交替法进行差分离散。首先在生成的大规模海面场景的基础上进行近海潮流数值计算,从而得到划定海域每个时刻的潮流场。 2、对近海溢油的运动过程进行了实时仿真。本文通过研究现有溢油数学模型,实现了海面油膜的扩展、漂移、蒸发和乳化的组合计算,得到了每个时刻油膜的运动参数。在溢油初期,油膜自身扩展采用Fay扩展模型,直至油膜达到最大面积;油膜漂移、蒸发和乳化计算自溢油发生后就一直进行。 3、提出一种新的海面溢油三维可视化算法。本文结合海浪的真实感绘制算法,采用OSG的纹理烘焙技术将溢油动态数据绑定到一张纹理图片,再利用平面折射技术将其映射到海面上,从而形象、直观地实现了油膜在海面扩散过程的可视化。最后制定了油与围油栏、油与小岛的碰撞检测算法,实现了油被围油栏拦截过程和油沿小岛岸线运动的仿真和三维可视化。


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