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专利号: 2015110181099
申请人: 南京邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-11-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种水污染环境三维快速显示方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:

步骤1:将水域分块,每块水域都由相应的传感器负责感知水域信息,并定时传回信息,将传感器感知到的信息保存到数据库中;

步骤2:以水域对象节点为组织单位,构建BSP场景树;

步骤3:根据国家五类水质标准,构建案例库;

步骤4:根据传感器感知信息,计算与案例库中案例相似程度,判断水质等级,查找对应案例中水质图形的标识号(水质图形ID,Identification);

步骤5:基于所述BSP树与包围盒进行视域剔除;

步骤6:根据得到的水质图形标识号,选择对应的水质图形,显示水质图形;

步骤7:水污染环境三维快速显示系统提供三维漫游与水质信息查询功能。

2.根据权利要求1所述的一种水污染环境三维快速显示方法,其特征在于,所述步骤2中构建BSP树包括如下步骤:步骤2-1:将水环境三维场景分为水域和空域,利用场景节点组织水域和空域,将水域场景节点和空域场景节点连接在BSP场景树的根节点上,场景节点记录一个AABB包围盒,即AABB为轴对齐包围盒,其值是其子节点包围盒的并集,执行步骤2-2;

步骤2-2:将当前水域一分为二,每块水域用场景节点组织,并将新生成的两个节点连接在上一层的场景节点;划分水域时,同时当前空域一分为二,每块空域用场景节点组织并将新生成的两个节点连接在上一层的场景节点;若当前水域传感器数量不为1,继续执行步骤2-2;否则停止划分水域、空域,执行步骤2-3;

步骤2-3:当前水域中的传感器数量为1,对应该水域和空域的场景节点已为BSP场景树的底层节点,构建当前水域对象节点和空域对象节点,并连接在其对应场景节点上;水域对象节点记录一个AABB包围盒,并包含负责感知该水域信息的传感器标识号(传感器ID,Identification);根据国家五类水质标准,生成对应的五种水质图形,并构建水质图形节点;每个水域对象节点包含五种水质图形节点,每个图形节点包含OBB包围盒,即OBB为有向包围盒,并记录该水质图形标识号。

3.根据权利要求1所述的一种水污染环境三维快速显示方法,其特征在于,所述步骤3中根据国家规定的标准,水质等级分为五类,根据五类等级构建案例;每个传感器构建一个案例库,每个案例库中包含五组案例,其中,案例表示Ck={Ik,Sl,Fk,Wk},其中Ck表示案例库中第k条案例(k=1,…5)的标识号;Sl表示该案例所对应传感器标识号;Ik为当前案例标识号,在系统中唯一确定该案例;Fk=(f1,k,f2,k…fq,k)为水环境的特征描述,q为特征数,f1,k为溶解氧、f2,k为总氮、f3,k为总磷、f4,k为总氨……;Wk表示这个案例水质图形标识号。

4.根据权利要求1所述的一种水污染环境三维快速显示方法,其特征在于,所述步骤4中基于案例推理的图形选择方法,判断水质等级,选择相应的水质图形标识号,包括如下步骤:步骤4-1:计算每一条水域案例Ck与Fj的相似度,即:

其中εi为加权系数,满足

步骤4-2:若Cj=max(Sim(Tj,Ck)),则记录水质图形Wj;

步骤4-3:在对象节点的子节点中查找Wk所对应的水质图形,记录该水质图形标识号。

5.根据权利要求1所述的一种水污染环境三维快速显示方法,其特征在于,所述步骤5中利用BSP结构场景树,完成视域剔除,达到提升渲染效率的目的,包括以下步骤:步骤5-1:遍历BSP场景树,将场景树中的场景节点AABB包围盒与当前视域进行求交运算,若相交,则继续遍历该节点的子节点;若该子节点为场景节点,继续执行步骤5-1;若子节点为对象节点,执行步骤5-2;若场景节点AABB包围盒不与当前视域相交,则说明其子节点都不在视域中,终止遍历;

步骤5-2:将对象节点AABB包围盒与当前视域进行求交运算,若不相交,则遍历终止,不进行其他操作;若相交,则根据步骤4中得到的水质图形标识号,遍历该对象节点下的对应标识号的图形节点,执行步骤5-3;

步骤5-3:将图形节点OBB包围盒与当前视域进行求交运算,若不相交,则遍历终止,说明当前视域中没有出现水质图形;若相交,则保留在视域中,执行步骤6。

6.根据权利要求1所述的一种水污染环境三维快速显示方法,其特征在于,所述步骤6中根据步骤4中得到的水质图形标识号,根据此标识号查找对象节点下的水质图形,并将对应的水质图形送入绘制管线。

7.根据权利要求1所述的一种水污染环境三维快速显示方法,其特征在于,所述步骤7中查看水质信息包括如下步骤:步骤7-1:从场景相机的角度及屏幕点确定的射线是否与场景树中的场景根节点包围盒相交;若不相交,则该节点遍历终止;若相交,则遍历该节点的子节点,执行步骤7-2;

步骤7-2:若当前节点为场景节点,则将该节点的包围盒进行相交测试;若不相交,则终止遍历;若相交,则遍历其子节点,执行步骤7-2;若当前节点为对象节点,执行步骤7-3;

步骤7-3:判断射线与对象节点AABB包围盒是否相交;若不相交,说明该对象没有被选中,则遍历终止;若相交,则说明该对象节点被选中,获得该对象节点中记录的传感器标识号,执行步骤7-4;

步骤7-4:在数据库中查找该标识号的传感器感知信息,得到当前水质的实时数据,通过文字显示节点将该数据显示在三维水环境场景中。

8.一种水污染环境三维快速显示系统,其特征在于,所述系统包括预处理模块和渲染模块;

预处理模块:收集感知信息并将传感器感知信息保存在数据库中,构建BSP场景树,构建每块水域的水环境案例库;

渲染模块:用于进行图形显示,在显示过程中使用了视域剔除技术;根据传感器感知数据查找对应案例,判断水质等级,从案例中得到水质图形标识号,根据此标识号选择水质图形显示,通过传感器标识号查找数据库中的信息,显示当前水质信息。

9.根据权利要求8所述的一种水污染环境三维快速显示系统,其特征在于,所述预处理模块包括:感知信息收集模块:用于将传感器感知到的水环境信息到数据库中,传感器每隔一段时间传回一组感知信息,将感知信息保存到数据库中;

案例库构建模块:用于根据国家五类水质标准构建案例库,其中每个案例包括案例标识号、水质特征描述、水质图形标识号;

场景树构建模块:用于划分三维场景结构,将三维场景划分为水域和空域,水域和空域分用场景节点进行组织;将水域分块,每块对应水域场景节点的子节点,该子节点中包含水域对象节点,每个对象包含五种水质图形节点,获得底层水质图形的OBB包围盒,根据OBB包围盒,构建水域对象的AABB包围盒;根据水域对象的AABB包围盒构建场景对象的AABB包围盒,根据场景对象AABB包围盒构建基于BSP结构的场景树。

10.根据权利要求8所述的一种水污染环境三维快速显示系统,其特征在于,所述渲染模块包括:视域剔除模块,用于通过基于BSP结构的场景树层次结构,确定哪些场景节点在当前视域中可见;

水质等级判断模块:用于根据传感器感知信息与案例库中案例的相似度,通过基于案例推理的选择方法得到水质等级,记录水质图形标识号;

水质图形显示模块:用于根据基于案例推理选择方法得出的结果,选择对应标识号的水质图形,显示图形;

水域信息显示模块:用于根据在三维场景中点选某个对象,记录该对象中对应传感器标识号,在数据库中查找对应标识号传感器的感知信息,选择当前最新的信息,通过文字显示节点在三维场景中显示该信息。