【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及降雨三维时空可视化仿真渲染的方法，主要涉及降雨网格和降雨雨滴粒子的三维时空可视化呈现的方法和系统。
技术介绍
1、随着数字孪生流域建设大力推进，仿真渲染技术对构建孪生场景有着重要意义，目前，在降雨渲染结果展示中，通常使用等值面和全屏或基于规则发射器的降雨雨滴粒子系统的展示方法。以等值面的形式叠加到二维或地图引擎上，用户可以依据图例中降雨量和颜色的对映信息，查看关注地区降雨情况，但是该方式不能对降雨数据升维进行三维可视化呈现。另外，现有技术以降雨雨滴粒子形式展示降雨效果，只支持盒型、球形、圆形、锥形等规则发射器的方式或者全屏的方式呈现降雨效果，无法呈现不规则形状区域(例如某个城市区域、某个省区域)的降雨雨滴粒子效果。而且，当待分析区域范围较大时，通过仿真无法反映不同区域降雨量的不同。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的问题是针对现有技术中无法呈现不规则形状区域的三维降雨效果的问题，提供一种降雨仿真方法。
2、本专利技术提供的降雨仿真方法包括：
3、(a)构建被分析区域的外接矩形，使得被分析区域位于外接矩形的范围内；
4、(b)将外接矩形划分为面积相等的多个网格，且裁剪位于被分析区域边界之外的部分，得到与被分析区域对应的二维网格模型，其中，每个网格对应的区域中降雨量监测点的数量不大于1；
5、(c)将所述二维网格模型设置在具有地球与天空的地球三维场景中，使得所述二维网格模型位于地球三维场景中被分析区域的正上方(即二维网格模
6、(d)在地球三维场景中，在网格正下方、地球表面之上的范围设置与该网格对应的雨滴粒子，以固定周期更新所有雨滴粒子的高度位置，从而实现降雨仿真；
7、其中，利用被分析时刻设置有降雨量监测点的网格对应的降雨量、网格之间的距离计算得到被分析时刻各个网格对应的降雨量估计值；
8、其中，网格对应的降雨量估计值/网格对应的降雨量估计值所在降雨量区间的上限值与网格对应的雨滴粒子个数为正相关关系。
9、根据上述设置，通过划分网格，裁剪位于被分析区域边界之外的部分，通过得到每个网格对应的区域位置的降雨量，且在地球三维场景中设置与各个网格对应的雨滴粒子，固定周期更新雨滴粒子的高度位置，即可对不规则的区域(例如某市所在范围，某省所在范围)进行降雨量仿真。设置网格对应的降雨量估计值/网格对应的降雨量估计值所在降雨量区间的上限值与网格对应的雨滴粒子个数为正相关关系，即若降雨量越大/降雨量所在降雨量区间的上限值越大，则雨滴粒子个数越多，若降雨量越大/降雨量所在降雨量区间的上限值越小，则雨滴粒子个数越少。通过上述设置，从而可以在仿真中直观反映被分析区域内降雨量大小的分布。本申请的高度位置即在垂直于地球表面方向上、与地球表面的距离。即越远离地球，高度越大，越靠近地球，高度越小。
10、上述技术方案中，根据网格对应的降雨量估计值设置与网格对应的雨滴粒子个数，使得：当一个网格对应的降雨量估计值大于另一个网格对应的降雨量估计值时，所述一个网格对应的雨滴粒子个数大于所述另一个网格对应的雨滴粒子个数；或者
11、当一个网格对应的降雨量估计值所在降雨量区间的上限值大于另一个网格对应的降雨量估计值所在降雨量区间的上限值时，所述一个网格对应的雨滴粒子个数大于所述另一个网格对应的雨滴粒子个数。
12、上述技术方案中，所述降雨量区间划分为：第1个降雨量区间为[0,d1]，第2个降雨量区间为(d1,d2]，……，第k个降雨量区间为(dk-1,dk]；d1、d2、……、dk分别为第1个降雨量区间、第2个降雨量区间、……、第k个降雨量区间的上限值；其中，k＝1,2,……,k；k为降雨量区间个数；npk＞npk-1＞……＞np1；npk为当网格对应的降雨量估计值位于第k个降雨量区间时，网格对应的雨滴粒子个数。
13、在优选实施方式中，若网格对应的降雨量估计值位于第k个降雨量区间，则网格对应的雨滴粒子个数为npk＝pa×dk，其中，pa为预设比例值，pa＞0。
14、在优选实施方式中，np1为预设值，表示对d2/d1向上取整。
15、在优选实施方式中，dpk＞dpk-1＞……＞dp1；dpk为当网格对应的降雨量估计值位于第k个降雨量区间时，网格对应的雨滴粒子的直径。
16、上述技术方案中，将网格对应的降雨量估计值进行归一化处理后与各个降雨量区间进行比较，判断归一化处理后的降雨量估计值所处于的降雨量区间。
17、根据上述设置，使得当降雨量最大值与降雨量最小值的差值较大时，通过归一化处理，方便后续进行数据处理。
18、上述技术方案中，在一种实施方式中，在被分析时刻被分析区域的第i个网格对应的降雨量估计值zi利用下式计算：
19、
20、其中，i＝1,2,……,ia；ia为被分析区域内网格的个数；ωi,ju为计算第i个网格的降雨量估计值时第ju个降雨量监测点所占权值，uju为第ju个降雨量监测点在被分析时刻测得的降雨量，di,ju为第i个网格的中心与第ju个降雨量监测点之间的距离，p1为第一预设幂次，ju＝1,2,……,ju，ju为被分析区域内观测点的个数、或为外接矩形中观测点的个数。
21、根据上述设置，即可利用已有降雨量监测点测得的降雨量，对未设置降雨量监测点的网格的降雨量进行估计。两个网格之间的距离可为两个网格中心之间的距离。根据上述公式中，若降雨量监测点与被估计的网格距离较远，则分母较大，使得该较远的降雨量监测点所占权重较小，而若降雨量监测点与被估计的网格距离较近，则分母较小，使得该较近的降雨量监测点所占权重较大，即对较近的降雨量监测点的降雨量值的信任度较高。根据上述计算式，即可得到未设置降雨量监测点的各个网格的降雨量估计值。
22、上述技术方案中，在另一种实施方式中，所述步骤(a)中，所述外接矩形的任一条边与被分析区域边界之间的最小间距不小于第一预设间距；所述降雨仿真方法中，在被分析时刻被分析区域的第i个网格对应的降雨量估计值zi利用下式计算，且降雨量估计值zi的计算先于所述裁剪位于被分析区域边界之外的部分的步骤执行；
23、
24、其中，i＝1,2,……,ia；ia为被分析区域内网格的个数；ωi,jv为计算第i个网格的降雨量估计值时第jv个降雨量监测点所占权值，uj为第jv个降雨量监测点在被分析时刻测得的降雨量，di,jv为第i个网格的中心与第jv个降雨量监测点之间的距离，p2为第二预设幂次，jv＝1,2,……,jv，jv为外接矩形中与第m1个网格之间的间距不大于第二预设间距的观测点的个数。
25、申请人在研究时发现，例如被分析区域为湖南省，如果某个网格位于湖南省边界，而湖南省的各个降雨量监测点均在该本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种降雨仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的降雨仿真方法，其特征在于，根据网格对应的降雨量估计值/网格对应的降雨量估计值所在降雨量区间设置与网格对应的雨滴粒子个数，使得：
3.根据权利要求2所述的降雨仿真方法，其特征在于，所述降雨量区间划分为：第1个降雨量区间为[0,d1]，第2个降雨量区间为(d1,d2]，……，第K个降雨量区间为(dK-1,dK]；d1、d2、……、dK分别为第1个降雨量区间、第2个降雨量区间、……、第K个降雨量区间的上限值；其中，k＝1,2,……,K；K为降雨量区间个数；NPK＞NPK-1＞……＞NP1；NPk为当网格对应的降雨量估计值位于第k个降雨量区间时，网格对应的雨滴粒子个数；
4.根据权利要求2所述的降雨仿真方法，其特征在于，将网格对应的降雨量估计值进行归一化处理后与各个降雨量区间进行比较，判断归一化处理后的降雨量估计值所处于的降雨量区间。
5.根据权利要求1所述的降雨仿真方法，其特征在于，在被分析时刻被分析区域的第i个网格对应的降雨量估计值Zi利用下式计算：
6.根据
7.根据权利要求1-6中任一项所述的降雨仿真方法，其特征在于，各个雨滴粒子所在的高度位置均利用重力公式更新；或者各个雨滴粒子与地球表面之间的高度差利用0到预设高度差之间的随机值更新。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的降雨仿真方法，其特征在于，所述步骤(C)与步骤(D)之间还包括：
9.根据权利要求8所述的降雨仿真方法，其特征在于，各个雨滴粒子所在的高度位置均利用重力公式更新；或者
10.一种降雨仿真系统，其特征在于，包括处理器，所述处理器被配置为用于执行权利要求1-9中任一项所述的降雨仿真方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种降雨仿真方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的降雨仿真方法，其特征在于，根据网格对应的降雨量估计值/网格对应的降雨量估计值所在降雨量区间设置与网格对应的雨滴粒子个数，使得：
3.根据权利要求2所述的降雨仿真方法，其特征在于，所述降雨量区间划分为：第1个降雨量区间为[0,d1]，第2个降雨量区间为(d1,d2]，……，第k个降雨量区间为(dk-1,dk]；d1、d2、……、dk分别为第1个降雨量区间、第2个降雨量区间、……、第k个降雨量区间的上限值；其中，k＝1,2,……,k；k为降雨量区间个数；npk＞npk-1＞……＞np1；npk为当网格对应的降雨量估计值位于第k个降雨量区间时，网格对应的雨滴粒子个数；
4.根据权利要求2所述的降雨仿真方法，其特征在于，将网格对应的降雨量估计值进行归一化处理后与各个降雨量区间进行比较，判断归一化处理后的降雨量估计值所...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄文衡，汤瑶，房晓亮，陈晨，卢毓伟，童纯清，
申请(专利权)人：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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