专利名称：一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法
一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法[技术领域]
本发明涉及数字建模技术领域，具体的说一种利用等值线树的拓扑构建流体数字 化动态模型的方法。[背景技术]
在信息技术中，数字模型被用来代表信息的一个基本载体，一个好的数字模型能 够高效，全面的体现其所要代表的信息，为以其为基础的数据处理、信息分析提取提供最直 接的基础，而数字模型设计的质量直接影响到软件的功能强弱，输出信息的准确度，系统提 供的服务水平。
当前信息技术应用中，多数数字模型仅仅专注于单一空间维度的静态信息的支 持，例如能生成复杂静态电子地图的数字模型；另外一些数字模型仅仅专注于单一时间维 度的动态信息的支持，例如能支持运动物体(比如汽车，卫星)运行速度、方向变化的数字模 型。其的弊端或者不足在于有的不能很好的支持连续空间信息(栅格对象)；有的不能支持 个体对象信息(矢量格式对象)；多数模型只能支持非连续偶发性的变化形式，比如地图表 示每年地震分布变化等。在对有连续空间分布，持续动态变化的现象(比如海洋波高分布、 台风变化等)支持方面，现有模型都不理想)。
但是如何表现动态变化的有连续界面的图像，即同时支持空间和时间信息的数字 模型，一直没有得到很好的解决，因为要设计一个能够很好的表示物体在三维空间的动态 变化的数字模型，难度很大，如果这个动态物体不是单一个体，而是一个非常复杂的动态 个体的组合，例如自然现象中的洋流运动、风暴运动、大气气压的分布数据变化等复杂多样 变化，那复杂度更要提高很多。
因此就目前来讲，要开发一种通用而又高效的数字模型来广泛应用于所有需要是 完全不可行的，只有根据应用方向、研究范围的不同，开发有针对性的专用数字模型。[发明内容]
本发明的目的在于克服现有建模技术手段上关于同时表现空间时间信息的缺陷， 提供一种为特定自然现象的研究应用提供支持的新型数字模型，既填补了空白，同时也为 后续应用开拓了新的思路。
为实现上述目的，设计一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的 方法，包括等值线树分析法、计算机及网络，其特征在于在可视化中，采用等值线树法和 Voronoi图对流体运动的液体进行拓扑划分,根据流体运动的液体变化，快照(snapshot) 模型和事件驱动(event driven)模型,通过嵌入时间信息在等值线树上,提供对等值线 从每个节点到连续变化的动态化支持，同时通过整合空间插值或时间插值，实现空间维度 从点到面的信息支持和时间维度的连续性支持，构建流体数值化动态模型，所述的快照 (snapshot)模型记载将动态变化的过程分割为一系列按照时间顺序排列的快照，每个快照 包含相应时间的空间信息及时间属性，整个动态变化情况通过比对相邻的快照的差异来获取的程序控制方法，所述的事件驱动(event driven)模型记载初始状态，然后以触发每次变化发生的事件为跟踪手段，跟踪每个对象变化，反映动态过程，记录事件涉及的对象，通过比对事件发生后的状态和初始状态，跟踪动态变化过程的程序控制方法。
所述的等直线树的连续变化被分割为一系列各个独立的时间快照(snapshot)， 每个时间快照的等值线树记录此时刻的空间信息和其它属性。
所述的等值线树上的每个节点记录自身的生命时间，即出现的时间和终止时间。
等值线树上的节点记录时间信息的方法为
a.在时间点h，一个新顶点B出现，支干BC被加到等值线树上，时间信息^作为节点B和C的起始时间点；
b.在时间点t3，等值线树拓扑结构没有变化，在时间点t4，等值线树拓扑结构发生变化，顶点B消失，因此t3作为节点B和C的终止时间点；
c.在时间点t3到时间点t4之间的所有等值线树都存储有支干BC的出现和结束的时间信息。这样就不难从其中任何一个等值线树提取出支干BC在任何时间的空间信息。
所述的等值线树上的节点包含了对应等值线的空间和时间信息。
当进行空间插值时，采用Inverse Distance Weighting (IDff)算法,所述的算法公式为
权利要求
1.一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法，包括等值线树分析法、计算机及网络，其特征在于在可视化中，采用等值线树法和Voronoi图对流体运动的液体进行拓扑划分，根据流体运动的液体变化，snapshot模型和event driven模型,通过嵌入时间信息在等值线树上，提供对等值线从每个节点到连续变化的动态化支持，同时通过整合空间插值或时间插值，实现空间维度从点到面的信息支持和时间维度的连续性支持，构建流体数值化动态模型，所述的snapshot模型记载将动态变化的过程分割为一系列按照时间顺序排列的快照，每个快照包含相应时间的空间信息及时间属性，整个动态变化情况通过比对相邻的快照的差异来获取的程序控制方法，所述的event driven模型记载初始状态，然后以触发每次变化发生的事件为跟踪手段，跟踪每个对象变化，反映动态过程，记录事件涉及的对象，通过比对事件发生后的状态和初始状态，跟踪动态变化过程的程序控制方法。
2.如权利要求1所述的一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法，其特征在于等直线树的连续变化被分割为一系列各个独立的时间快照(snapshot)，每个时间快照的等值线树记录此时刻的空间信息和其它属性。
3.如权利要求1所述的一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法，其特征在于等值线树上的每个节点记录自身的生命时间，即出现的时间和终止时间。
4.如权利要求1所述的一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法，其特征在于等值线树上的节点记录时间信息的方法为 a.在时间点h，一个新顶点B出现，支干BC被加到等值线树上，时间信息h作为节点B和C的起始时间点； b.在时间点t3，等值线树拓扑结构没有变化，在时间点t4，等值线树拓扑结构发生变化，顶点B消失，因此t3作为节点B和C的终止时间点； c.在时间点〖3到时间点t4之间的所有等值线树都存储有支干BC的出现和结束的时间信息。这样就不难从其中任何一个等值线树提取出支干BC在任何时间的空间信息。
5.如权利要求1所述的一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法，其特征在于等值线树上的节点包含了对应等值线的空间和时间信息。
6.如权利要求1所述的一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法，其特征在于所述的空间插值采用Inverse Distance Weighting (IDW)算法,所述的算法公式为
7.如权利要求1所述的一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法，其特征在于所述的时间插值采用线性解析原理，通过相邻快照记录的信息，插值解析期间的未记录点的信息，具体步骤为首先提取相应点在t2和t3时的信息,然后通过时间插值解析算法求得，所述解析算法根据V值随时间的变化曲线，已知Vl和V2的值，Vx的值通过以下公式求得
8.如权利要求1所述的一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法，其特征在于所述模型的应用包括空间、时间信息查询方法，其方法步骤如下 A.根据原始数据生成等值线树； B.分析等值线树结构，判断是否需要进行简化处理，当需要简化处理时，先进行等值树简化处理； C.当不需要简化处理时，直接产生等值线树，提供可视化输出和查询功能； D.按照空间查询、时间查询和时空查询的需要，调用相关算法 a.单纯基于空间位置的查询，即求空间一固定点上的值随时间的变化情况1.根据时间信息提取所查询初始时间点的等值线树； .获得查询点的空间位置信息，当在等值线树上找到对应节点时，直接获得所在点的属性值；当无法在等值线树上找到对应节点时，调用空间插值解析算法，求得所在点的属性值； ii1.相对于下一个的时间点，根据时间信息提取所时间点的等值线树； iv.重复步骤ii和iii,直到到达查询的终点时间点为止； v.当需要查询的时间段小于相邻快照之间的时间间隔，或者查询要求需要涵盖时间快照之间的值时，通过时间插值解析取得这些时间段的值； v1.依序输出求得的每个时间点的值和对应时间信息，即满足基于空间位置对动态变化的查询要求； b.单纯基于时间信息的查询，即求一时间固定点上的值，具体的说查询在某一时间点上或在一定范围内最大的波浪值和其位置1.根据时间信息提取所查询时间点的等值线树； .遍历等值线树上的节点，提取这些等值线的空间位置信息，剔除不在查询空间范围内的节点； ii1.在等值线树余下的节点中，找到值最高的节点； IV.提取该节点的空间信息，包括位置及范围，返回查询结果； C.同时基于时间和空间信息的查询，即求一段时间内一定空间范围内，最大的波浪值的位置和范围的变化轨迹i.根据时间信息提取所查询初始时间点的等值线树； .遍历等值线树上的节点，提取这些等值线的空间位置信息，剔除不在查询空间范围内的节点； ii1.在等值线树余下的节点中，找到值最高的节点； iv.提取节点上的时间信息，包括开始时间和终止时间； V.根据节点的开始时间和终止时间，提取这段时间内的等值线树，在这些等值线树中提取在步骤iii中找到的对应节点。
v1.提取这些节点的空间信息，包括位置和范围，按照时间点的顺序输出查询结果； 当等值线的融合、分裂时，需要对等值线树的拓扑结构进行枝干的添加和去除操作。
9.如权利要求1所述的一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法，其特征在于所述的流体包括海洋或气流或油田。
全文摘要
本发明涉及数字建模技术领域，具体的说一种利用等值线树的拓扑构建流体数字化动态模型的方法，包括等值线树分析法、计算机及网络，其特征在于在可视化中，采用等值线树法和Voronoi图对流体运动的液体进行拓扑划分，根据流体运动的液体变化，快照(snapshot)模型和事件驱动(event driven)模型，通过嵌入时间信息在等值线树上，提供对等值线从每个节点到连续变化的动态化支持，同时通过整合空间插值或时间插值，实现空间维度从点到面的信息支持和时间维度的连续性支持，构建流体数值化动态模型，本发明构建的数字模型克服了老模型的局限性，对动态变化实现了更强大的支持，在实际应用中能够满足多种查询的需求，如对空间的查询、对时间的查询及对时空查询等。
文档编号G06F17/30GK102999623SQ201210513759
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者陈宇亮, 崔修涛, 胡文育, 吴峰 申请人:方蝶软件(上海)有限公司