基于VRGIS的风速、海浪对港口影响的模拟研究

摘 要 近年来灾害频发，给人类的生产生活造成了巨大的损害，其中海浪对于各个港口的影响与破坏也是一个不容忽视的灾害问题。本文旨在以虚拟的不同风速造成的不同海浪，从而显示对沿海船只和陆地地面物的影响为背景，统计数据并进行建模分析，其后应用3D技术进行仿真模拟，制作用户平台，让用户直观的看到不同风速下的海浪对沿海地物造成的影响。

关键词 虚拟现实；风速；海浪；建模；用户平台

中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）72-0056-02

0 引言

VRGIS(Virtual Reality Geography Information System)?，结合了地理信息系统与虚拟现实技术相，它使用一种全新的方式，主要综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，通过计算机的高速运转和计算能力，对复杂的数据进行可视化显示与交互操作，在虚拟现实系统中合成一个仿真的三维虚拟环境来还原真是场景。

1 数据采集和公式计算

根据上海辞书出版社1980年出版的《辞海》中的风力登记表，取浪高的平均值统计，得到数据进行整合分析，根据最小二乘法的公式，利用SPSS软件，推算出风速与浪高的三个相关分析回归方程：

最低风速和一般浪高： y=0.397x-0.869 r=0.989 （1）

最高风速与最高浪高： y=0.504x-2.058 r=0.984 （2）

平均风速与平均浪高： y=0.453x-1.423 r=0.987 （3）

由于公式（3）虽然相关系数稍低，但由于平均风速与平均浪高之间存在着最为密切的正相关关系，所以本研究中，在制作三维动画建模时，应用的公式（3）计算数据；而在制作平台时，则浪高采用平均值而风速采用的原表格中的区间数据。

2 3D动画制作和应用系统设计

将以上数据统计到一个Excel表中，表头更改名称（如表格1）。根据以上公式，应用3Ds Max软件建模并制作出13个仿真动画（如图1）。

应用C#编写用户平台，直接调用表格数据和以上十三个动画。调用数据及动画的主要C#语言表达为：

try

{

string filePath = "Data/Description.xls";

……

OleDbConnection OleConn = new OleDbConnection(strConn);

OleConn.Open();

//The select condition

String sql = "SELECT * FROM [Sheet1$] WHERE [FLlvl] = "+flevel;

……

string fllvl = currentRow["FLlvl"].ToString();

string flhigh = currentRow["Flhigh"].ToString();

string flship = currentRow["Flship"].ToString();

string flfeature = currentRow["Flfeature"].ToString();

string flwv = currentRow["FLWV"].ToString();

……

string videopath = "Data/Lv"+flevel+".avi";

VideoPlayForm player = new VideoPlayForm(videopath， dtinfo);

player.ShowDialog();

this.AddOwnedForm(player);

}

平台中，使用者可以通过直接选择风力等级或输入风速来确定风力等级，从而直观的看到其形成的浪高以及在此浪高下沿海船只的象征和陆地地面物的象征；于此同时，平台中还会出现此风速下虚拟现实的海浪对港口的影响三维动态场景（如图2，3）。

3 应用、推广与总结

针对目前国内还没有适用于广大港口的“海浪高度对港口影响的三维动态模型”的现状，对于不同大小的风速形成不同梯度的风力等级，激发不同高度的海浪，对沿海船只和陆地地面物影响乃至破坏程度不同，根据 “风速和浪高的回归方程”、相关实测数据得出相应的浪高，结合沿海地表状况等模拟海浪高度对沿海船只和陆地地面物的影响和破坏制作的虚拟现实的浪高对于港口影响的模型平台，对于所有沿海、沿河地区的港口都十分有用，各个港口可以根据自己实际的数据，更改Excel表中的数据，调整动画，再利用此平台对港口进行分析，了解各风速对海浪高度的影响，进而了解该风速条件下形成的海浪高度对沿海船只和陆地地面物所造成的影响，可为相关部门预报海浪灾害等提供依据。

参考文献

[1]邓红艳，等.虚拟现实地理信息系统(VRGIS)——GIS研究的新领域.计算机应用研究，2002.

[2]杜岩，张晓宇，等.虚拟现实场景中海浪形态的计算机模拟[J].哈尔滨工程大学学报，2001，22(3)：26-29.

[3]Faust.N.L.，The Virtual reality of GIS， Environment and Planning B: Planning and Design， 1995，22: 257-268.

[4]赵沁平.分布式虚拟战场环境——现代战争的实验场. 系统仿真学报，2001，11，13（增刊）：1-7.

[5]王保存，刘玉建.外军信息站研究概览[M].北京：军事科学出版社，1999.

[6]黄文骞.利用虚拟现实技术再现海洋自然地理环境[J].测绘工程，1999(12)：8-10.

[7]Berger.P.，Meysembourg.P.，Towardavirtual reality interface for landscape visualization， Proceedings of the Third International Conference， 1996.

[8]马杰，田金文，彭复员.海浪的数值模拟及其仿真[J] .华中理工大学学报，2000，28(4)：63-65.

[9] 李晖，郭晨，李晓方.基于Matlab的不规则海浪三维仿真[J].系统仿真学报，2003，15(7)：1057-1059.

[10]汪兴谦，戴诗文，胡永辉.VRML 虚拟造型实战演练[M].北京：中国水利水电出版社，2002.

[11]辞海.上海辞书出版社1980年出版.

[12]徐彬.海洋波浪的动态可视化研究与实现.山东：中国海洋大学，2006.

[13]石贱弟.虚拟海洋环境仿真研究.西安：西安电子科技大学，2006.

[14]王莺.基于虚拟现实的海浪运动视景仿真系统.厦门：厦门大学，2007.

[15]Neuman G.On wind generated ocean waves with special reference to the problem of wave forecasting，N.Y.U.，Coll.Of Eng.，Res.Div.Of Meter. And Oceanogr.，1952.

[16]Yin Yong，Jin Yi-cheng，Ren Hong-xiang.Wave Simulation of Visual System in Marine Simulator or Based on Wave Spectrums.Proceedings of MARSIM’03，2003.