本發(fā)明涉及實(shí)時(shí)渲染，尤其涉及基于數(shù)字孿生的水資源配置工程仿真實(shí)時(shí)渲染方法。

背景技術(shù)：

1、實(shí)時(shí)渲染是一種計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，專注于快速生成圖像以便立即顯示，用戶可以與場景互動(dòng)而感受不到延遲，在視頻游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)以及模擬和可視化軟件中尤為重要。實(shí)時(shí)渲染的核心在于平衡渲染速度和圖像質(zhì)量，以確保提供流暢且視覺上吸引人的體驗(yàn)。此外，實(shí)時(shí)渲染還涉及光線跟蹤、遮擋處理、貼圖、動(dòng)態(tài)光照和陰影計(jì)算等多種復(fù)雜計(jì)算，旨在盡可能真實(shí)地再現(xiàn)物理世界的視覺效果。

2、水資源配置工程仿真實(shí)時(shí)渲染方法，指的是利用實(shí)時(shí)渲染技術(shù)來模擬和可視化水資源配置的各種工程場景，可以幫助工程師和決策者直觀地理解水資源流動(dòng)、分配和可能的環(huán)境影響。通過模擬不同的水資源管理和分配方案，支持實(shí)時(shí)調(diào)整和優(yōu)化，從而在規(guī)劃和應(yīng)急管理中發(fā)揮重要作用，實(shí)用性廣泛，在城市規(guī)劃、灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)、洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等多個(gè)方面都有著至關(guān)重要的應(yīng)用。

3、現(xiàn)有技術(shù)在處理大規(guī)模和復(fù)雜數(shù)據(jù)環(huán)境下的實(shí)時(shí)渲染時(shí)常面臨資源分配不足或過度分配的問題，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效率和響應(yīng)速度不理想。靜態(tài)資源配置方式缺乏足夠的靈活性，難以適應(yīng)用戶行為和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的快速變化，尤其是在大規(guī)模用戶交互場景下，系統(tǒng)的性能往往不能滿足高質(zhì)量渲染的需求。此外，現(xiàn)有技術(shù)往往未能充分利用用戶行為數(shù)據(jù)來優(yōu)化渲染過程，這導(dǎo)致渲染結(jié)果可能與用戶的實(shí)際需求不匹配，影響用戶體驗(yàn)和操作的直觀性。例如，在水資源管理的仿真渲染中，未能實(shí)時(shí)反映出用戶關(guān)注的特定水流動(dòng)態(tài)或者分配變化，可能會(huì)導(dǎo)致決策支持的不準(zhǔn)確，從而影響整個(gè)項(xiàng)目的效率和安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的基于數(shù)字孿生的水資源配置工程仿真實(shí)時(shí)渲染方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：基于數(shù)字孿生的水資源配置工程仿真實(shí)時(shí)渲染方法，包括以下步驟：

3、s1：基于數(shù)字孿生平臺(tái)，通過實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控收集所有渲染節(jié)點(diǎn)當(dāng)前負(fù)載能力數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)和用戶設(shè)備性能數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，根據(jù)匯總數(shù)據(jù)執(zhí)行實(shí)時(shí)負(fù)載分析，確定所有節(jié)點(diǎn)資源分配需求，生成負(fù)載預(yù)測分析結(jié)果；

4、s2：基于所述負(fù)載預(yù)測分析結(jié)果，調(diào)節(jié)資源配額和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬分配，結(jié)合調(diào)節(jié)結(jié)果在數(shù)字孿生平臺(tái)上調(diào)整所有渲染節(jié)點(diǎn)的資源配置，實(shí)時(shí)更新資源分配策略，生成動(dòng)態(tài)資源配置表；

5、s3：根據(jù)用戶的視點(diǎn)移動(dòng)和交互行為數(shù)據(jù)，收集并分析視覺焦點(diǎn)區(qū)域的細(xì)節(jié)級(jí)別需求，對(duì)場景中的對(duì)象進(jìn)行逐一調(diào)整，調(diào)整每個(gè)對(duì)象的細(xì)節(jié)層次和渲染精度，匹配用戶需求，生成自適應(yīng)細(xì)節(jié)級(jí)別調(diào)整表；

6、s4：根據(jù)所述動(dòng)態(tài)資源配置表和自適應(yīng)細(xì)節(jié)級(jí)別調(diào)整表，為所有節(jié)點(diǎn)分配渲染任務(wù)，同步監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一致性和渲染任務(wù)執(zhí)行效率，優(yōu)化水資源配置工程仿真實(shí)時(shí)渲染質(zhì)量和系統(tǒng)響應(yīng)速度，輸出最終渲染結(jié)果。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述負(fù)載預(yù)測分析結(jié)果的獲取步驟為：

8、s111：通過實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控收集數(shù)字孿生平臺(tái)每個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)的負(fù)載數(shù)據(jù)l，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)n，和用戶設(shè)備性能數(shù)據(jù)u；

9、s112：對(duì)所述負(fù)載能力數(shù)據(jù)l，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)n和用戶設(shè)備性能數(shù)據(jù)u進(jìn)行匯總，應(yīng)用公式進(jìn)行，

10、

11、其中，α，β，γ是權(quán)重系數(shù)，分別調(diào)整負(fù)載能力數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)和用戶設(shè)備性能數(shù)據(jù)在匯總數(shù)據(jù)中的影響力，生成匯總后的數(shù)據(jù)集d；

12、s113：對(duì)所述匯總數(shù)據(jù)集d執(zhí)行實(shí)時(shí)負(fù)載分析，計(jì)算加權(quán)的離差平均值，

13、

14、其中，s是負(fù)載不平衡分?jǐn)?shù)，d[i]是第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在數(shù)據(jù)集d中的值，是數(shù)據(jù)集d的平均值，wi是權(quán)重，反映差異數(shù)據(jù)點(diǎn)的重要性，p是幕指數(shù)，用于調(diào)整離差的敏感度，n是數(shù)據(jù)點(diǎn)總數(shù)，生成實(shí)時(shí)分析結(jié)果；

15、s114：基于所述實(shí)時(shí)分析結(jié)果，計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)的水資源配置工程仿真資源分配需求和未來負(fù)載預(yù)測，

16、

17、其中，sj是資源類別j的負(fù)載不平衡分?jǐn)?shù)，λj是資源類別j的相對(duì)重要性權(quán)重，m是資源類型的總數(shù)，κj是調(diào)節(jié)參數(shù)，用于控制負(fù)載不平衡分?jǐn)?shù)sj對(duì)預(yù)測結(jié)果的影響強(qiáng)度，e是常數(shù)，生成負(fù)載預(yù)測分析結(jié)果f。

18、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述資源配額的調(diào)節(jié)步驟為：

19、s211：提取所述負(fù)載預(yù)測分析結(jié)果f中的關(guān)鍵性能指標(biāo)p，生成預(yù)測性能指標(biāo)數(shù)據(jù)集p；

20、s212：根據(jù)所述預(yù)測性能指標(biāo)數(shù)據(jù)集p，計(jì)算當(dāng)前水資源配置工程仿真實(shí)時(shí)渲染配額與預(yù)測需求之間的差異，

21、δpi＝ppredicted,i-pcurrent,i

22、其中，ppredicted,i表示預(yù)測資源配額，pcurrent,i表示當(dāng)前資源配額，得到需求差異數(shù)據(jù)集δp；

23、s213：根據(jù)所述需求差異數(shù)據(jù)集δp進(jìn)行資源配額調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)公式為，

24、

25、其中，x、y和z均是調(diào)節(jié)系數(shù)，x用于增強(qiáng)調(diào)整強(qiáng)度，y用于確?；菊{(diào)整，z用于平滑調(diào)節(jié)，得到新的資源配額pnew。

26、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述動(dòng)態(tài)資源配置表的獲取步驟為：

27、s221：將所述新的資源配額pnew應(yīng)用到數(shù)字孿生平臺(tái)上，更新每個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)的資源配置，得到更新后的節(jié)點(diǎn)配置cupdated；

28、s222：基于所述更新后的節(jié)點(diǎn)配置cupdated，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)資源總需求的貢獻(xiàn)比例，調(diào)整資源分配策略，

29、

30、其中，cupdated,i是更新后的節(jié)點(diǎn)配置，n是節(jié)點(diǎn)總數(shù)，是節(jié)點(diǎn)資源總需求，λ是調(diào)節(jié)因子，影響配置差異的敏感度，得到資源分配策略snew；

31、s223：應(yīng)用所述更新后的資源分配策略snew和節(jié)點(diǎn)配置cupdated，結(jié)合公式，

32、

33、其中，tdynamic是資源配置總量，θ和φ是調(diào)節(jié)參數(shù)，用于調(diào)整配置和策略的權(quán)重，并輸出動(dòng)態(tài)資源配置表。

34、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述視覺焦點(diǎn)區(qū)域的細(xì)節(jié)級(jí)別需求的分析步驟為：

35、s311：從用戶設(shè)備收集視點(diǎn)追蹤和交互數(shù)據(jù)，得到用戶行為數(shù)據(jù)集b；

36、s312：基于所述用戶行為數(shù)據(jù)集b，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定用戶視覺焦點(diǎn)區(qū)域并分析細(xì)節(jié)級(jí)別需求，使用公式，

37、

38、其中，di表示平均值，bij表示第j次交互中用戶的視點(diǎn)數(shù)據(jù)，τj是視點(diǎn)持續(xù)時(shí)間的閾值，ωj是視點(diǎn)數(shù)據(jù)的權(quán)重，λ是衰減常數(shù)，控制視點(diǎn)數(shù)據(jù)與時(shí)間閾值差異的影響，m表示交互次數(shù)，得到視覺焦點(diǎn)區(qū)域細(xì)節(jié)級(jí)別需求分析結(jié)果；

39、s313：根據(jù)所述視覺焦點(diǎn)區(qū)域細(xì)節(jié)級(jí)別需求分析結(jié)果，確定每個(gè)視覺焦點(diǎn)區(qū)域所需的渲染細(xì)節(jié)級(jí)別，得到細(xì)節(jié)級(jí)別需求數(shù)據(jù)e。

40、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述自適應(yīng)細(xì)節(jié)級(jí)別調(diào)整表的獲取步驟為：

41、s321：根據(jù)所述細(xì)節(jié)級(jí)別需求數(shù)據(jù)e，逐一調(diào)整每個(gè)對(duì)象的細(xì)節(jié)層次，確保每項(xiàng)匹配用戶需求，得到調(diào)整后的對(duì)象細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)c；

42、s322：根據(jù)所述調(diào)整后的對(duì)象細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)c，對(duì)每個(gè)對(duì)象的渲染精度進(jìn)行計(jì)算，確保每個(gè)細(xì)節(jié)層次匹配用戶需求，應(yīng)用公式，

43、

44、其中，ri表示對(duì)象i的渲染精度數(shù)據(jù)，cik是對(duì)象i調(diào)整后的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，k表示細(xì)節(jié)級(jí)別數(shù)據(jù)點(diǎn)，n表示數(shù)據(jù)點(diǎn)的總數(shù)，ek是細(xì)節(jié)級(jí)別需求數(shù)據(jù)e中的權(quán)重，根據(jù)視覺焦點(diǎn)區(qū)域細(xì)節(jié)需求分析結(jié)果設(shè)定，得到最終的渲染精度數(shù)據(jù)r；

45、s323：結(jié)合所述最終的渲染精度數(shù)據(jù)r，結(jié)合場景需求，調(diào)整水資源配置工程仿真實(shí)時(shí)渲染過程中每個(gè)對(duì)象的渲染精度，

46、

47、其中，sf是場景因素，反映場景需求，包括光照強(qiáng)度、視覺復(fù)雜度或用戶互動(dòng)的頻繁程度，得到自適應(yīng)細(xì)節(jié)級(jí)別調(diào)整表t。

48、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述渲染任務(wù)的分配步驟為：

49、s411：分析所述動(dòng)態(tài)資源配置表，使用公式

50、

51、計(jì)算節(jié)點(diǎn)i的資源總?cè)萘縮node,i，其中，tj,i是節(jié)點(diǎn)i在配置表中的資源項(xiàng)，m是資源類型的數(shù)量，得到節(jié)點(diǎn)資源概覽snode；

52、s412：根據(jù)所述自適應(yīng)細(xì)節(jié)級(jí)別調(diào)整表t，計(jì)算水資源配置工程仿真實(shí)時(shí)渲染過程中每個(gè)任務(wù)的資源需求，

53、

54、其中，dl,k是任務(wù)k的第l個(gè)對(duì)象的細(xì)節(jié)需求，vk是目標(biāo)任務(wù)k的預(yù)期視覺影響系數(shù)，p是對(duì)象數(shù)量，得到任務(wù)資源需求分析結(jié)果rtask；

55、s413：結(jié)合所述節(jié)點(diǎn)資源概覽snode和任務(wù)資源需求分析結(jié)果rtask，利用資源分配算法將任務(wù)分配到所有節(jié)點(diǎn)，

56、

57、其中，αk是任務(wù)k的優(yōu)先級(jí)系數(shù)，n是任務(wù)總數(shù)，m是資源類型的數(shù)量，β是調(diào)節(jié)因子，用于平衡資源分配，得到任務(wù)分配表a。

58、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述最終渲染結(jié)果的獲取步驟為：

59、s421：根據(jù)所述任務(wù)分配表進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)一致性監(jiān)控，使用公式，

60、

61、其中，creport,i表示節(jié)點(diǎn)i的數(shù)據(jù)一致性分?jǐn)?shù)，on,i是節(jié)點(diǎn)i上的監(jiān)測數(shù)據(jù)，pn,i是預(yù)期數(shù)據(jù)，γn是數(shù)據(jù)項(xiàng)n的重要性權(quán)重，n表示數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)量，得到一致性監(jiān)控記錄creport；

62、s422：收集和分析數(shù)字孿生平臺(tái)執(zhí)行日志，使用公式，

63、

64、其中，etask,i表示節(jié)點(diǎn)i上的任務(wù)執(zhí)行效率，tk,i是節(jié)點(diǎn)i上任務(wù)k的執(zhí)行時(shí)間，ηk是任務(wù)k的效率權(quán)重，ξ是穩(wěn)定性小常數(shù)，規(guī)避除零錯(cuò)誤，k是任務(wù)數(shù)量，得到任務(wù)執(zhí)行效率分析結(jié)果etask；

65、s423：根據(jù)所述一致性監(jiān)控記錄creport和任務(wù)執(zhí)行效率分析結(jié)果etask，調(diào)整資源配置，使用公式，

66、

67、其中，ffinal表示最終渲染效果和響應(yīng)速度的評(píng)分，g和h是調(diào)節(jié)系數(shù)，權(quán)衡渲染效率和數(shù)據(jù)一致性，i表示節(jié)點(diǎn)數(shù)量，輸出最終渲染結(jié)果。

68、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

69、本發(fā)明中，通過對(duì)所有渲染節(jié)點(diǎn)的負(fù)載能力、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及用戶設(shè)備性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，允許對(duì)資源分配進(jìn)行即時(shí)調(diào)整，從而更精確地匹配資源與需求，規(guī)避資源浪費(fèi)并提高渲染效率，通過收集用戶的視點(diǎn)移動(dòng)和交互行為數(shù)據(jù)，對(duì)渲染對(duì)象進(jìn)行逐一調(diào)整，確保渲染輸出的個(gè)性化和高質(zhì)量，高度的資源配置靈活性和渲染質(zhì)量控制，為水資源配置工程仿真帶來了更高的實(shí)用性和應(yīng)用廣度，尤其是在城市規(guī)劃和應(yīng)急管理中的實(shí)時(shí)決策支持。