元胞自动机改善大规模海面污染物扩散实时绘制算法

发布时间：2024-01-31 00:43

　　海洋污染是目前世界面临最重要的环境问题之一,针对大规模海面模拟时海面网格建模计算量大,以及海洋表面污染物扩散细节不足的问题,提出一种结合投影网格和元胞自动机的方法来动态模拟大规模海洋表面污染物的扩散漂移.首先,利用投影网格算法进行海面建模,以减少计算量;其次,采用二维元胞自动机对海面中污染物的扩散漂移过程进行模拟,并引入浓度因子增加元胞自动机模拟污染物扩散的细节,利用高斯平滑滤波改善传统边界细节不足;然后,采用四叉树算法简化海面网格,提高绘制效率.最后,设计多组分析对比实验,结果表明,该方法能在实时状态下,绘制具有真实感的大规模海面污染物扩散.

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【部分图文】：

图1优化的投影网格算法示意图

传统的投影网格算法通过在投影空间中创建规则的网格，并将网格投影到世界空间中的基准平面上，最后根据高度场函数移动顶点．但是当视线方向与基准平面平行时，视线方向与基准平面不相交，该算法失效．同时视点高度小于基准平面时，该算法也会出现问题．为解决上述问题，应用改进的投影网格算法，通过引....

图2四叉树算法简化网格示意图

在大规模海面的污染物扩散模拟过程中，元胞自动机和投影网格需要大量的离散数据，简单的数据存储往往会降低绘制速率．引入四叉树算法提高场景绘制速率．将海面平面分割成四个相等的四边形，依次迭代细分，直到满足绘制的网格分辨率或给定的阈值为止．每次迭代出的四边形都为四叉树的一个节点，每个节点....

图3不同分辨率下模拟海面与文献[1]对比实验

图4中为本文算法与文献[3]海面波浪效果图，图4(a)为文献[3]模拟的海面，从图中可以看出，文献[3]模拟的海面波浪真实，但文献[3]并没有考虑海面存在污染物的情况;而图4(b)为本文拓展海面存在污染物时海面波动的效果图，在实时的条件下，大大提高真实感．图4与文献[3]对比实....

图4与文献[3]对比实验

图3不同分辨率下模拟海面与文献[1]对比实验图5展示不同时刻污染物的扩散状态．随时间变化以及不同区域浓度因子的变化，污染物扩散的范围以及颜色的效果呈现不同状态，显著提高真实性．

本文编号：3890654