劉騰姣 ，趙云升 ，孫瑋祺 ，張 超

1.東北師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130024

2.中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041

3.中國(guó)科學(xué)院研究生院，北京 100049

0 引言

VRGIS(Virtual Reality Geography Information System) ，結(jié)合了地理信息系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相，它使用一種全新的方式，主要綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)和計(jì)算能力，對(duì)復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化顯示與交互操作，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中合成一個(gè)仿真的三維虛擬環(huán)境來(lái)還原真是場(chǎng)景。

1 數(shù)據(jù)采集和公式計(jì)算

根據(jù)上海辭書(shū)出版社1980年出版的《辭?！分械娘L(fēng)力登記表，取浪高的平均值統(tǒng)計(jì)，得到數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，根據(jù)最小二乘法的公式，利用SPSS軟件，推算出風(fēng)速與浪高的三個(gè)相關(guān)分析回歸方程:

由于公式（3）雖然相關(guān)系數(shù)稍低，但由于平均風(fēng)速與平均浪高之間存在著最為密切的正相關(guān)關(guān)系，所以本研究中，在制作三維動(dòng)畫(huà)建模時(shí)，應(yīng)用的公式（3）計(jì)算數(shù)據(jù)；而在制作平臺(tái)時(shí)，則浪高采用平均值而風(fēng)速采用的原表格中的區(qū)間數(shù)據(jù)。

2 3D動(dòng)畫(huà)制作和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

將以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)到一個(gè)Excel表中，表頭更改名稱(chēng)（如表格1）。根據(jù)以上公式，應(yīng)用3Ds Max軟件建模并制作出13個(gè)仿真動(dòng)畫(huà)（如圖1）。

表1 風(fēng)力等級(jí)Excel統(tǒng)計(jì)表

5.0 2.250 漁船稍需縮帆 有葉的小樹(shù)搖擺，面積較小的水面有小波8.00-10.706.0 3.350 漁船需加倍縮帆，捕魚(yú)者須注意風(fēng)險(xiǎn) 大樹(shù)枝搖動(dòng)，舉傘困難 10.80-13.807.0 4.775 漁船需停泊在港中，在海者應(yīng)及時(shí)下錨 全樹(shù)搖動(dòng)，迎風(fēng)步行困難 13.90-17.108.0 6.500 近港的漁船全部停留不出 微枝折毀，人向前行走感覺(jué)阻力很大17.20-20.709.0 8.500 汽船航行困難 建筑物有微小損害，煙囪頂部及平屋搖動(dòng)20.80-24.4024.50-28.4011.013.750 汽船遇十分危險(xiǎn) 陸上十分少見(jiàn)，出現(xiàn)必然會(huì)有廣泛損壞10.010.750 汽船航行有風(fēng)險(xiǎn)陸上少見(jiàn)，風(fēng)力可將樹(shù)木拔起，將建筑物較重?fù)p壞28.50-32.6012.014.140 海浪巨大滔天 陸上絕少見(jiàn)，摧毀力無(wú)比大32.70-36.90

圖1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表和0-12級(jí)風(fēng)的動(dòng)畫(huà)

應(yīng)用C#編寫(xiě)用戶(hù)平臺(tái)，直接調(diào)用表格數(shù)據(jù)和以上十三個(gè)動(dòng)畫(huà)。調(diào)用數(shù)據(jù)及動(dòng)畫(huà)的主要C#語(yǔ)言表達(dá)為:

平臺(tái)中，使用者可以通過(guò)直接選擇風(fēng)力等級(jí)或輸入風(fēng)速來(lái)確定風(fēng)力等級(jí)，從而直觀的看到其形成的浪高以及在此浪高下沿海船只的象征和陸地地面物的象征；于此同時(shí)，平臺(tái)中還會(huì)出現(xiàn)此風(fēng)速下虛擬現(xiàn)實(shí)的海浪對(duì)港口的影響三維動(dòng)態(tài)場(chǎng)景（如圖 2，3）。

圖2 平臺(tái)初始界面

圖3 選擇風(fēng)力等級(jí)或輸入風(fēng)速后進(jìn)入的二級(jí)界面

3 應(yīng)用、推廣與總結(jié)

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有適用于廣大港口的“海浪高度對(duì)港口影響的三維動(dòng)態(tài)模型”的現(xiàn)狀，對(duì)于不同大小的風(fēng)速形成不同梯度的風(fēng)力等級(jí)，激發(fā)不同高度的海浪，對(duì)沿海船只和陸地地面物影響乃至破壞程度不同，根據(jù) “風(fēng)速和浪高的回歸方程”、相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出相應(yīng)的浪高，結(jié)合沿海地表狀況等模擬海浪高度對(duì)沿海船只和陸地地面物的影響和破壞制作的虛擬現(xiàn)實(shí)的浪高對(duì)于港口影響的模型平臺(tái)，對(duì)于所有沿海、沿河地區(qū)的港口都十分有用，各個(gè)港口可以根據(jù)自己實(shí)際的數(shù)據(jù)，更改Excel表中的數(shù)據(jù)，調(diào)整動(dòng)畫(huà)，再利用此平臺(tái)對(duì)港口進(jìn)行分析，了解各風(fēng)速對(duì)海浪高度的影響，進(jìn)而了解該風(fēng)速條件下形成的海浪高度對(duì)沿海船只和陸地地面物所造成的影響，可為相關(guān)部門(mén)預(yù)報(bào)海浪災(zāi)害等提供依據(jù)。

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