学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

太湖蓝藻爆发过程的研究与仿真

作　者: 刘树东
导　师: 李云飞
学　校: 苏州大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 蓝藻 仿真 无线传感网络 粒子系统
分类号: X173
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 94次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


蓝藻是一种古老、原始的藻类植物,分布广泛,几乎遍布全世界。蓝藻爆发的一个视觉特征是整个水体中有大量藻类颗粒聚集,并在聚集过程中颗粒逐步增大。蓝藻爆发时,蓝藻释放出的毒素和异味直接破坏生态平衡,危害人类的生活与健康。因此,对蓝藻爆发进行研究具有十分重要的意义。随着科技的进步,集成电路、无线通信、嵌入式及微型传感器技术取得飞速发展,使得大量低成本、低功耗、多功能的微型传感器组成无线传感器网络成为可能。本文是苏州某管理部门开发的“虚拟太湖流域”项目中的一个子课题,基于无线传感网络和粒子系统理论,给出了一种太湖蓝藻爆发仿真的方法。基本思想是通过分析蓝藻爆发的过程,找出影响爆发的主导因子,并利用无线传感网络设计一套水体温度和透明度在线测量系统,此系统能够实时提供部分主导因子的数据,使用GPRS实现数据传输;通过分析粒子生长的客观规律和粒子在水中受力情况,建立控制蓝藻粒子生长运动的数学模型。由于蓝藻生长运动的复杂性,随意性,加之蓝藻微粒数量巨大,本文采用CPU和GPU相结合的方式对蓝藻粒子进行模拟,充分发挥GPU编程的高效性与并行处理能力。实践证明这是一种行之有效的方法。本文为实现逼真模拟而构建了其他场景,基于Catmull-Rom算法模拟了太湖湖底,用旋转的天空穹模拟蓝天,通过纹理坐标扰动方法实现湖面的折射,基于光的反射机制实现天空穹在湖面的倒影。通过湖底、湖面、天空场景的合成,实现了蓝藻粒子爆发的实时模拟,得到了较好的模拟效果,满足了实际课题的要求。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 课题目标及意义  11
  1.3 初步认识蓝藻  11-14
    1.3.1 国内研究现状  12-14
    1.3.2 国外研究现状  14
  1.4 主要工作  14-15
  1.5 论文结构  15-16
第二章 相关理论基础  16-29
  2.1 计算机图形学  16-17
  2.2 虚拟现实技术  17-18
  2.3 OpengGL 图形库  18-21
    2.3.1 OpenGL 简介  19-20
    2.3.2 OpenGL 体系结构  20-21
  2.4 粒子系统  21-26
    2.4.1 粒子系统基本思想  22-23
    2.4.2 粒子系统研究现状  23-24
    2.4.3 通用粒子系统绘制过程  24-26
  2.5 显示列表  26-27
  2.6 层次细节(LOD)  27-28
  2.7 本章小结  28-29
第三章 实时数据采集与基于GPU 的粒子系统实现  29-42
  3.1 水体温度、透明度在线测量系统  29-33
    3.1.1 MCF52223 芯片  30
    3.1.2 ADT7301 芯片  30-31
    3.1.3 GTM900 模块  31-32
    3.1.4 水体透明度测量传感器  32-33
  3.2 GPU 流水线结构与Cg 语言  33-36
    3.2.1 GPU 的图形流水线结构  34-35
    3.2.2 Cg Shader 语言  35-36
    3.2.3 基于GPU 的数据结构  36
  3.3 基于GPU 的粒子系统实现  36-41
    3.3.1 流程框架  37-39
    3.3.2 粒子属性存储  39-40
    3.3.3 粒子属性更新  40
    3.3.4 粒子消亡  40-41
    3.3.5 粒子实时绘制  41
  3.4 本章小结  41-42
第四章 粒子系统的蓝藻模拟  42-55
  4.1 粒子数学模型  42-48
    4.1.1 正态分布  42-43
    4.1.2 粒子总生物量模型  43-44
    4.1.3 生长速度模型  44-45
    4.1.4 运动模型  45-48
  4.2 蓝藻粒子属性  48-51
    4.2.1 粒子属性定义  48
    4.2.2 粒子属性分析  48-50
    4.2.3 粒子属性初始化  50-51
  4.3 蓝藻粒子消亡  51
  4.4 蓝藻粒子渲染  51-54
    4.4.1 Alpha 混合处理算法  52-53
    4.4.2 绘制过程  53-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章 场景构建与系统的实现  55-69
  5.1 场景的构建  55-65
    5.1.1 湖底模拟  55-58
    5.1.2 半弧形天空顶  58-60
    5.1.3 湖面模拟  60-63
    5.1.4 Font 类  63-64
    5.1.5 Camera 类  64-65
  5.2 蓝藻模拟效果  65-68
  5.3 本章小结  68-69
第六章 总结与展望  69-71
  6.1 总结  69-70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-76
攻读硕士学位期间公开发表论文  76-77
致谢  77-78

相似论文

  1. 液力减速器制动性能及用于飞机拦阻的仿真研究,TH137.331
  2. 基于陀螺和星敏感器的卫星姿态确定研究,V448.2
  3. 空间交会对接控制方法的研究,V526
  4. 船用舵机电液伺服单元单神经元PID控制,U666.152
  5. 碾压混凝土拱坝温度应力仿真分析与分缝设计研究,TV642.2
  6. 基于精细积分法的电力系统动态电压稳定仿真研究,TM712
  7. 开关磁阻发电机供电系统仿真分析,TM31
  8. 导弹虚拟试验可视化技术研究,TP391.9
  9. 星载高光谱传感器模拟仿真系统研究,TP391.9
  10. 基于逼真度的仿真系统评估研究,TP391.9
  11. 基于神经网络的水厂投药预测控制研究,TP273.1
  12. 自适应双重控制在垂直起降机中的应用研究,TP273
  13. 堆石混凝土综合性能试验与温度应力研究,TU528
  14. 宽频带槽式天线的研究与应用,TN92
  15. 基于BP神经网络的水稻干燥智能控制研究,S226.6
  16. 山仔水库沉积物蓝藻复苏环境影响因子研究,X524
  17. 太湖水华蓝藻脱水及好氧堆肥技术研究,S141.4
  18. 仿真平台中基于游戏引擎的展现技术的研究与应用,TP391.41
  19. 虚拟手术中建模与仿真关键技术研究,TP391.41
  20. 行星驱动式深松机的结构设计与仿真分析,S222
  21. 大连市G区群体性事件应急处置研究,D631.4

中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境生物学 > 环境植物学
© 2012 www.xueweilunwen.com