地下水循環(huán)作為水循環(huán)的地下組成部分,是陸地環(huán)境中提供可再生淡水和維持地表水系統(tǒng)基本流量的重要水文過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn),多波流域波浪形地下水位以下的地下水循環(huán)以層次化嵌套流動(dòng)系統(tǒng)的形式出現(xiàn)。但由于其自身的透明性質(zhì)導(dǎo)致其所產(chǎn)生的流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)和變化過(guò)程難以直接觀察,需要借助更有效,更直觀的流場(chǎng)可視化技術(shù),來(lái)識(shí)別展示其數(shù)據(jù)中所包含的流場(chǎng)變化規(guī)律。三維地下水流場(chǎng)可視化技術(shù)可以清晰的揭示地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律,為地下水研究提供直觀、形象的地下水動(dòng)態(tài)信息。本論文為了處理三維地下水流場(chǎng)中流線過(guò)多所導(dǎo)致的遮擋與雜亂等流線難以清晰表達(dá)的問(wèn)題,提出了基于信息熵篩選的地下水流場(chǎng)特征線提取算法。算法利用信息熵計(jì)算獲得地下水流場(chǎng)中變化劇烈的區(qū)域并檢測(cè)其中的臨界點(diǎn),對(duì)存在臨界點(diǎn)的區(qū)域進(jìn)行特征值計(jì)算,根據(jù)計(jì)算結(jié)果匹配種子點(diǎn)模板進(jìn)行流線繪制,其他區(qū)域采用隨機(jī)撒點(diǎn)法繪制流線。信息熵的計(jì)算使用Leopardi等球面分割法,臨界點(diǎn)檢測(cè)采用線性插值法。對(duì)三維Tóthian盆地地下水環(huán)流系統(tǒng)進(jìn)行了流線繪制,結(jié)果表明本文方法在保證地下水流場(chǎng)變化規(guī)律與重要特征準(zhǔn)確的前提下,能更多更清晰地繪制出流場(chǎng)信息,解決了地下水流場(chǎng)特征線提取中由于流線過(guò)多所導(dǎo)致的... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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二維Tóthian盆地地下水嵌套水流系統(tǒng)

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）工程碩士學(xué)位論文3圖1-1：二維Tóthian盆地地下水嵌套水流系統(tǒng)圖1-2：三維Tóthian盆地地下水嵌套水流系統(tǒng)在傳統(tǒng)Tóthian盆地地下水流場(chǎng)可視化中所使用的粒子追蹤方法，是將F（x，y，z）值被分配給一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)。如圖3所示。每一點(diǎn)都是由通過(guò)該點(diǎn)的流線確定連接索引來(lái)標(biāo)記。給定點(diǎn)（圖1-3中的P）的流線是由半解析粒子追蹤法（Pollock，1994）根據(jù)流速的結(jié)果得到的。通過(guò)正向粒子追蹤捕獲出流終點(diǎn)（圖1-3中的D），根據(jù)頂部最近的網(wǎng)格點(diǎn)確定出出流區(qū)域的個(gè)數(shù)。進(jìn)行反向粒子追蹤，捕捉入流終點(diǎn)（圖1-3中的w），確定補(bǔ)給區(qū)個(gè)數(shù)。然后得到對(duì)應(yīng)點(diǎn)的F值（圖1-3中的P）。對(duì)所有網(wǎng)格點(diǎn)重復(fù)該過(guò)程，得到整個(gè)流域F的離散分布。由于模型中存在大量的網(wǎng)格點(diǎn)，且每條流線都需要通過(guò)大量的積分計(jì)算，因此計(jì)算成本非常高。

第1章緒論4圖1-3：三維網(wǎng)格粒子追蹤技術(shù)1.3流場(chǎng)可視化研究現(xiàn)狀在流場(chǎng)可視化是科學(xué)可視化學(xué)科研究中的一個(gè)重要分支，它在大氣海洋模擬，燃燒實(shí)驗(yàn)，水流場(chǎng)分析等多個(gè)領(lǐng)域有著非常重要的作用。在我們的現(xiàn)實(shí)中水流、氣流最為常見，但它們具有透明性質(zhì)導(dǎo)致人們?cè)诳茖W(xué)實(shí)驗(yàn)中對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征很難進(jìn)行觀測(cè)，因此通過(guò)流場(chǎng)可視化對(duì)這類流體進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征以圖形圖像的形式展現(xiàn)在研究者們面前。根據(jù)流場(chǎng)可視化結(jié)果側(cè)重點(diǎn)的不同以及可視化方法的不同，可以將流場(chǎng)可視化分為四大類，分別是：基于點(diǎn)圖標(biāo)的可視化方法、基于幾何的可視化方法、基于紋理的可視化方法和基于特征的可視化方法。（1）基于點(diǎn)圖標(biāo)的可視化方法基于點(diǎn)圖標(biāo)的可視化方法又稱為直接法[18][19][20][21]，顧名思義是指幾乎不需要任何預(yù)處理，直接通過(guò)該點(diǎn)的矢量值就可以進(jìn)行流場(chǎng)可視化的方法。如箭頭法，它可以簡(jiǎn)單直觀的在每個(gè)網(wǎng)格中畫出具有大小和方向信息箭頭用來(lái)顯示流場(chǎng)信息進(jìn)行流場(chǎng)可視化。但該方法存在較大弊端，對(duì)于流線存在冗余的流場(chǎng)，該方法會(huì)由于箭頭過(guò)于密集而無(wú)法直觀展示流場(chǎng)特征，造成視覺(jué)混亂，可視化效果大大折扣；對(duì)于流線稀疏的流場(chǎng)，又存在無(wú)法準(zhǔn)確表現(xiàn)流場(chǎng)變化情況的問(wèn)題。（2）基于幾何的可視化方法基于幾何的可視化方法主要是通過(guò)粒子追蹤法來(lái)獲得流場(chǎng)流線。此類方法相較于點(diǎn)圖標(biāo)可視化方法，具有保證流場(chǎng)流線連續(xù)性的特點(diǎn)，并且能夠更加直觀的DW


本文編號(hào)：3380139