基于网格的三维可视化技术及其在水利信息化中的应用.pdfVIP

基于网格的三维可视化技术及 其在水利信息化中的应用 孟令奎 邓世军 吴沉寒 林志勇 武汉大学遥感信息工程学院 i摘要：使用网格计算对网络环境下多台计算机处理能力的集成来解决三维显 示不连续、单帧视觉图像处理聍间过长的问题，并使用Petri网的描述方法对 。三维显示任务的分解进行理论上的描述。以高速的数据共享服务和有效的节 一点数据缓存管理方法为基础，开发了能够集成多台计算机的处理能力的网格 ，。应用系统，最后在数字流域、水利信息化工程管理的三维显示中进行应用。 、关键词：网格计算 水利信息化三维GIS √、J。 )。 Ⅱ ，、。 、{r |r 0 引言 当前，以遥感、GPS、GIS技术为核心的信息化技术已广泛应用于水利行业，成为水 利信息化建设中不可缺少的组成部分。在数字流域和水利信息化建设中，如果仅用二维的 方式表示实际的三维实体，将会有很大的局限性，大量的多维信息无法得到有效利用。国 内外许多学者就GIS与三维可视化仿真技术结合用于水利工程施工、数字流域管理进行 了一系列的研究，利用计算机强大的数据处理能力和高效的图形显示能力，通过三维可视 化的方法来表达水利信息化涉及的各种实体和现象，以直观形象化地展现各种地物的空间 视图来模拟动态的演化过程，可以辅助工程管理人员提高工程设计、分析与管理的效率， 从而在水利信息化中发挥巨大的作用。 但是，在水利信息化应用系统中管理的三维数据量往往非常庞大，除了结构复杂的空 间几何数据之外，还包括大量的纹理贴图数据以及水雨情等数据。如此大的数据量，使得 系统从启动到进入工作状态，常常需要花费很长的时间。而且在操作过程中，用户每一次 视角的变换、空中飞行位置的改变都要重新计算可视区域内包含的对象集，再经过投影变 换、光影处理、三维仿真处理、纹理贴图后得到可视化三维影像，这个过程(即单帧影像 的处理过程)也需要花费比较长的时间。如果在连续两幅场景之间图形处理时间间隔过 大，就会造成三维飞行、视角改变过程中的显示不连续，达不到好的三维仿真效果，从而 影响系统的使用。 加快单帧影像的显示速率是提高三维显示处理速度的方法。传统的方法是增加主机运 行速度，但就目前情况而言，主机性能的提高存在一定的限度，用户不可能无限增加单台 机器的运算速度，同时高性能的主机也会带来运行成本的巨额增加。一种可行的办法是利 · 】92· 用网络上多台机器的并行处理能力，将单帧图像的显示分解成多个子区域同时进行处理， 这种并行处理的方法不仅可以极大地提高运行速度，同时也为用户节约了成本。这种利用 多台机器协同并行处理能力的方法就是网格计算。本文主要探讨在网格计算基础上来提升 三维GIS的显示处理效果，使得三维GIS能够更好地为水利工程、数字流域的建设与管 理服务。 l基于网格技术的三维GIs可视化 三维GIS可以使人们更加准确真实地认识我们的客观世界。过去，三维显示只能应 用在大型的主机和图形工作站上，且只在极少数的部门如地震预测、石油勘探、航空视景 模拟器中得到应用，成本动辄上百万美元。随着计算机技术的发展，硬件成本不断降低， 一台配置比较好的PC机就可以较好地完成简单的三维显示和分析。以前的GIS大多提供 了一些较为简单的三维显示和操作功能，这与真三维表示和分析还有很大差距，对于复杂 应用场景的需求如水利工程中的施工组织设计、洪水演进模型分析、大坝泄洪模拟等方 面，基于单台机器的处理效果则远远不能满足用户实时处理的需求。这就要求找到一种使 用较低成本获得更优效果的三维GIS解决方案。 网格是继超大规模集成计算、客户机／服务器计算模式之后的第三代计算技术，被认 为是下一代的互联网技术，它能够把互联网上的众多计算资源整合成一台虚拟的超级计算 机进行分布式大规模计算和网络分布式协同并行处理，来解决科学计算、复杂应用处理、 虚拟现实等应用问题。使用这种廉价而且强大的集成计算能力来解决单机三维显示处理能 力不足的问题是目前深受关注的发展方向。 三维GIS可视化过程通过构造出有关可视化对象的虚拟场景，并提供良好的人机交 互能力，使观察者从不同角度和详略程度观察这些可视化对象，辅助人们分析、综合 信息及信息之间的关系。三维GIS显示的难点在于实时性和真实性，也就是说在三维 GIS交互式