CN105677743A - 水污染环境三维快速显示方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水污染环境三维快速显示方法和系统，该方法的每块水域都由相应的传感器负责感知信息，并将数据定时传回，将传感器感知到的信息保存到数据库中；根据五类国家水质标准构建案例库；将水环境三维场景进行划分，以水域对象节点为组织单位，构建基于BSP树结构的场景树；基于场景树的包围盒层次进行视域剔除；从传感器感知到的数据判断水质等级；根据判断结果查找案例库中对应的案例，显示水质图形；通过点选查看水质信息。本发明解决专家无需到现场勘察水质，实时快速显示水污染环境三维图形的问题，且能够自动选择对应水质图形，使专家在水环境三维场景中漫游观察、查看当前水域实时信息，方便专家对水污染环境进行研究。

Description

水污染环境三维快速显示方法和系统

技术领域

本发明涉及传感器感知信息以及三维可视化技术领域，特别涉及一种水污染环境三维场景快速绘制方法和系统。

背景技术

在对水环境的污染研究过程中，研究人员通常会对水环境进行实地采样观测。在采样的过程中，已经污染的水环境可能会对研究人员的健康构成危害，同时，从现场采样到实验室分析周期较长，实验室得出的结果并不能代表实时的水质情况。因此，使用传感器监测水质，并将监测数据传回控制中心，有利于专家对水环境的实时研究。但是，使用传感器监测水质会产生大量数据，需要有方法能够处理这些数据。单纯的从数据研究水质等级并不直观，将水环境绘制成三维图形可以直观的观察水质情况。目前在已有的水环境三维可视化方法中，大多采用3Dmax建模并导入三维场景中。由于3D模型通常包含大量的三角片面，尤其是水环境，水面物理原型复杂，在读取3D模型过程以及渲染过程中速度较慢，而且，此类方法中水环境场景多为单一场景，无法根据传感器具体信息显示相应的水质图形。因此，研究水污染环境三维快速显示方法和系统，对水污染环境研究具有实际意义，在水污染环境三维显示方面具有实际价值。

对于传感器感知信息处理而言，为了能够处理不同量纲的数据，得出水质等级判断结果，进而选择对应的水质图形，基于案例推理的图形选择是行之有效的方法。

三维场景绘制过程中，为了达到快速显示和提升绘制速度，视域剔除能够有效提升渲染效率。视域剔除主要是用于剔除位于视域体外的物体。在应用程序阶段使用视域剔除技术主要是为了减少送入图形绘制管线的数据复杂度，这意味着几何阶段和光栅阶段都可以从中受益。为加速判断计算，往往将场景组织成层次状结构，将物体的包围盒与视域进行空间求交计算，以快速剔除完全在视域外的物体；而对于其包围盒与视域边界相交的物体，则以逐步求精方式进行进一步的考察。然而目前的视域剔除没有针对水环境三维场景中的节点，也没有在水环境三维场景中利用BSP树结构进行优化。

由于水环境三维图形绘制的特殊性，目前没有一种公开的快速绘制方法专门针对水污染环境三维图形，利用BSP树结构，综合运用视域剔除、基于案例推理的选择等技术进行快速显示，以满足快速显示水环境三维图形的需求。因此，需要一种水污染环境快速显示方法及系统。而本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容

本发明目的在于解决了上述现有技术的不足，提供了一种水污染环境三维快速显示方法和系统，该系统划分三维场景结构，构建水域、空域的场景节点、对象节点，根据五类国家标准生成水质图形，构建水质图形节点，利用场景节点、对象节点以及水质图形节点构建基于BSP结构的场景树，场景树结构清晰，构建速度快；以对象节点为组织单元，在整个渲染过程中，保持场景树整体结构不变，利于对象查找。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：本发明提供了一种水环境污染三维快速显示方法，该方法包括预处理步骤：将水域分块，根据划分的场景结构构建BSP场景树；对于每个传感器所在的水域，根据国家五类水质标准构建案例库；将传感器感知到的信息存放在数据库中。渲染步骤：使用视域剔除技术；根据基于案例推理选择方法来确定水质等级，显示对应的水质图形；通过点选对象来显示该片水域水质信息，具体来说，预处理步骤包括以下步骤：

步骤1：将水域分块，每块水域都由相应的传感器负责感知水域信息，并定时传回信息，将传感器感知到的信息保存到数据库中；

步骤2：以水域对象节点为组织单位，构建BSP场景树；

步骤3：根据国家五类水质标准，构建案例库。

渲染步骤包括以下步骤：

步骤4：根据传感器感知信息，计算与案例库中案例相似程度，判断水质等级，查找对应案例中水质图形的标识号；

步骤5：基于所述BSP树与包围盒进行视域剔除；

步骤6：根据得到的水质图形标识号，选择对应的水质图形，显示水质图形；

步骤7：水污染环境三维快速显示系统提供三维漫游与水质信息查询功能。

进一步的，本发明所述步骤1中根据传感器将水域分块，每块水域都由对应的传感器感知信息，并且每经过固定时间间隔，将感知信息传回，并保存在数据库中。

进一步的，本发明所述步骤2中构建BSP树包括以下步骤：

步骤2-1：将水环境三维场景分为水域和空域，利用场景节点组织水域和空域，将水域场景节点和空域场景节点连接在BSP场景树的根节点上，场景节点记录一个AABB包围盒(Axis-AlignedBoundingBox,轴对齐包围盒)，其值是其子节点包围盒的并集，执行步骤2-2；

步骤2-2：将当前水域一分为二，每块水域用场景节点组织，并将新生成的两个节点连接在上一层的场景节点；划分水域时，同时当前空域一分为二，每块空域用场景节点组织并将新生成的两个节点连接在上一层的场景节点。若当前水域传感器数量不为1，继续执行步骤2-2；否则停止划分水域、空域，执行步骤2-3；

步骤2-3：当前水域中的传感器数量为1，对应该水域和空域的场景节点已为BSP场景树的底层节点，构建当前水域对象节点和空域对象节点，并连接在其对应场景节点上。水域对象节点记录一个AABB包围盒，并包含负责感知该水域信息的传感器标识号。根据国家五类水质标准，生成对应的五种水质图形，并构建水质图形节点，连接在水域对象节点上。每个水域对象节点包含五种水质图形节点，每个图形节点包含OBB包围盒(OrientedBoundingBox，有向包围盒)，并记录该水质图形标识号；

进一步的，本发明所述步骤3中根据国家规定的标准，水质等级分为五类，根据五类等级构建案例。每个传感器构建一个案例库，每个案例库中包含五组案例。其中，案例表示C_k＝{I_k，S_l，F_k，W_k}，其中C_k表示案例库中第k条案例(k＝1，…5)的标识号；S_l表示该案例所对应传感器标识号；I_k为当前案例标识号，在系统中唯一确定该案例；F_k＝(f_1，k，f_2，k…f_q，k)为水环境的特征描述，q为特征数，f_1，k为溶解氧、f_2，k为总氮、f_3，k为总磷、f_4，k为总氨……；W_k表示这个案例水质图形标识号。

进一步的，本发明所述步骤4中基于案例推理的图形选择方法，判断水质等级，选择相应的水质图形标识号，具体包括以下步骤：

步骤4-1：计算每一条水域案例C_k与F_j的相似度， $Sim(T_j,C_k)=\underset{i=1}{\overset{q}{\Σ}}{\mathrm{\ϵ}}_i(1-\frac{\left|f_i-f_{i,k}\right|}{max(f_i,f_{i,k})}),$ 其中ε_i为加权系数，满足 $\underset{i=1}{\overset{q}{\Σ}}{\mathrm{\ϵ}}_i=1;$

步骤4-2：若C_j＝max(Sim(T_j,C_k))，则记录水质图形W_j；

步骤4-3：在对象节点的子节点中查找W_k所对应的水质图形，记录该水质图形标识号。

进一步的，本发明所述步骤5中，利用BSP结构场景树，完成视域剔除，达到提升渲染效率的目的，具体包括以下步骤：

步骤5-1：遍历BSP场景树，将场景树中的场景节点AABB包围盒与当前视域进行求交运算，若相交，则继续遍历该节点的子节点；若该子节点为场景节点，继续执行步骤5-1；若子节点为对象节点，执行步骤5-2；若场景节点AABB包围盒不与当前视域相交，则说明其子节点都不在视域中，终止遍历；

步骤5-2：将对象节点AABB包围盒与当前视域进行求交运算，若不相交，则遍历终止，不进行其他操作；若相交，则根据步骤4中得到的水质图形标识号，遍历该对象节点下的对应标识号的图形节点，执行步骤5-3；

步骤5-3：将图形节点OBB包围盒与当前视域进行求交运算，若不相交，则遍历终止，说明当前视域中没有出现水质图形；若相交，则保留在视域中，执行步骤6。

进一步的，本发明所述步骤6中根据步骤4中得到的水质图形标识号，根据此标识号查找对象节点下的水质图形，并将对应的水质图形送入绘制管线。

进一步的，本发明所述步骤7中查看水质信息具体包括以下步骤：

步骤7-1：从场景相机的角度及屏幕点确定的射线是否与场景树中的场景根节点包围盒相交。若不相交，则该节点遍历终止；若相交，则遍历该节点的子节点，执行步骤7-2；

步骤7-2：若当前节点为场景节点，则将该节点的包围盒进行相交测试。若不相交，则终止遍历；若相交，则遍历其子节点，执行步骤7-2；若当前节点为对象节点，执行步骤7-3；

步骤7-3：判断射线与对象节点AABB包围盒是否相交。若不相交，说明该对象没有被选中，则遍历终止；若相交，则说明该对象节点被选中，获得该对象节点中记录的传感器标识号，执行步骤7-4；

步骤7-4：在数据库中查找该标识号的传感器感知信息，得到当前水质的实时数据，通过文字显示节点将该数据显示在三维水环境场景中。

本发明还提供了一种水污染环境三维快速显示系统，该系统包括预处理模块和渲染模块。

预处理模块：收集感知信息并将传感器感知信息保存在数据库中，构建BSP场景树，构建每块水域的水环境案例库。

进一步的，本发明所述的预处理模块包括：

感知信息收集模块：用于将传感器感知到的水环境信息到数据库中，传感器每隔一段时间传回一组感知信息，将感知信息保存到数据库中；

案例库构建模块：用于根据国家五类水质标准构建案例库，其中每个案例包括案例标识号、水质特征描述、水质图形标识号；

场景树构建模块：用于划分三维场景结构，将三维场景划分为水域和空域，水域和空域分用场景节点进行组织；将水域分块，每块对应水域场景节点的子节点，该子节点中包含水域对象节点，每个对象包含五种水质图形节点。根据底层的水质图形节点的属性，获得其OBB包围盒；根据OBB包围盒，构建水域对象的AABB包围盒；并根据水域对象的AABB包围盒构建基于BSP结构的场景树。

渲染模块：用于进行图形显示，在显示过程中使用了视域剔除等技术。根据传感器感知数据查找对应案例，判断水质等级，从案例中得到水质图形标识号，根据此标识号选择水质图形显示，通过传感器标识号查找数据库中的信息，显示当前水质信息。

进一步的，本发明所述的渲染模块包括：

视域剔除模块，用于通过场景树的层次结构，判断哪些场景节点以及对象节点在当前视域中可见。

水质等级判断模块：用于根据传感器感知信息与案例库中案例的相似度，通过基于案例推理的选择方法得到水质等级，记录水质图形标识号。

水质图形显示模块：用于根据基于案例推理选择方法得出的结果，选择对应标识号的水质图形，显示图形。

水域信息显示模块：用于根据在三维场景中点选某个对象，记录该对象中对应传感器标识号，在数据库中查找对应标识号传感器的感知信息，选择当前最新的信息，通过文字显示节点显示该信息。

有益效果：

1、本发明划分三维场景结构，构建水域、空域的场景节点、对象节点，根据五类国家标准生成水质图形，构建水质图形节点，利用场景节点、对象节点以及水质图形节点构建基于BSP结构的场景树，场景树结构清晰，构建速度快；以对象节点为组织单元，在整个渲染过程中，保持了场景树整体结构不变，有利于对象查找。

2、本发明利用场景树进行视域剔除，从场景根节点开始遍历，判断每个场景节点、对象节点是否出现在当前视，剔除不在视域中的节点，只对保留在视域中的节点进行渲染，显示速度快，运行效率高。

3、本发明利用基于案例推理的图形选择方法，将从传感器感知到的信息与案例库中案例计算对比，得到水质图形案例信息，记录水质图形标识号，根据此标识号显示对应的水质图形。

4、专家可以在三维场景中进行漫游，观察实时水环境变化，在三维场景中可以点选水域对象，显示实时水质信息，方便专业观察和研究工作。

附图说明

图1为本发明的水污染环境三维快速显示方法和系统的流程图。

图2为基于BSP结构的场景图。

图3为基于案例推理的选择方法流程图。

图4为国家五类水质标准图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。

本发明提出了一种水污染环境三维快速显示方法和系统，利用MFC以及OpenGL实现了水污染环境的预处理、绘制等功能。

如图1所示，本发明提出了一种水污染环境三维快速显示方法，该方法包括预处理步骤：将水域分块，根据划分的场景结构构建BSP场景树，如图2所示；对于每个传感器所在的水域，根据国家五类水质标准构建案例库，如图4所示；将传感器感知到的信息存放在数据库中。渲染步骤：使用视域剔除技术；根据基于案例推理选择方法来确定水质等级，显示对应的水质图形，如图3所示；通过点选对象来显示该片水域水质信息，具体来说，预处理步骤包括以下步骤：

步骤1：将水域分块，每块水域都由对应的传感器感知信息，并且每经过固定时间间隔，将感知信息传回，并保存在数据库中。

步骤2：以水域对象节点为组织单位，构建BSP场景树，其中构建BSP树包括以下步骤：

步骤2-1：将水环境三维场景分为水域和空域，利用场景节点组织水域和空域，将水域场景节点和空域场景节点连接在BSP场景树的根节点上，场景节点记录一个AABB包围盒(Axis-AlignedBoundingBox,轴对齐包围盒)，其值是其子节点包围盒的并集，执行步骤2-2；

步骤2-2：将当前水域一分为二，每块水域用场景节点组织，并将新生成的两个节点连接在上一层的场景节点；划分水域时，同时当前空域一分为二，每块空域用场景节点组织并将新生成的两个节点连接在上一层的场景节点。若当前水域传感器数量不为1，继续执行步骤2-2；否则停止划分水域、空域，执行步骤2-3；

步骤2-3：当前水域中的传感器数量为1，对应该水域和空域的场景节点已为BSP场景树的底层节点，构建当前水域对象节点和空域对象节点，并连接在其对应场景节点上。水域对象节点记录一个AABB包围盒，并包含负责感知该水域信息的传感器标识号。根据国家五类水质标准，生成对应的五种水质图形，并构建水质图形节点。每个水域对象节点包含五种水质图形节点，每个图形节点包含OBB包围盒(OrientedBoundingBox，有向包围盒)，并记录该水质图形标识号。

步骤3：根据国家五类水质标准，构建案例库，其中，根据国家规定的标准，水质等级分为五类，根据五类等级构建案例。每个传感器构建一个案例库，每个案例库中包含五组案例。其中，案例表示C_k＝{I_k，S_l，F_k，W_k}，，其中C_k表示案例库中第k条案例(k＝1，…5)的标识号；S_l表示该案例所对应传感器标识号；I_k为当前案例标识号，在系统中唯一确定该案例；F_k＝(f_1，k，f_2，k…f_q，k)为水环境的特征描述，q为特征数，f_1，k为溶解氧、f_2，k为总氮、f_3，k为总磷、f_4，k为总氨……；W_k表示这个案例水质图形标识号。

步骤4：根据传感器感知信息，计算与案例库中案例相似程度，判断水质等级，查找对应案例中水质图形标识号，其中根据步骤4中基于案例推理的图形选择方法，判断水质等级，选择相应的水质图形标识号，具体包括以下步骤：

步骤4-1：计算每一条水域案例C_k与F_j的相似度， $Sim(T_j,C_k)=\underset{i=1}{\overset{q}{\Σ}}{\mathrm{\ϵ}}_i(1-\frac{\left|f_i-f_{i,k}\right|}{\max (f_i,f_{i,k})}),$ 其中ε_i为加权系数，满足 $\underset{i=1}{\overset{q}{\Σ}}{\mathrm{\ϵ}}_i=1;$

步骤4-2：若C_j＝max(Sim(T_j,C_k))，则记录水质图形W_j；

步骤4-3：在对象节点的子节点中查找W_k所对应的水质图形，记录该水质图形标识号。

步骤5：基于所述BSP树与包围盒进行视域剔除，其中利用BSP结构场景树，完成视域剔除，达到提升渲染效率的目的，具体包括以下步骤：

步骤5-1：遍历BSP场景树，将场景树中的场景节点AABB包围盒与当前视域进行求交运算，若相交，则继续遍历该节点的子节点；若该子节点为场景节点，继续执行步骤5-1；若子节点为对象节点，执行步骤5-2；若场景节点AABB包围盒不与当前视域相交，则说明其子节点都不在视域中，终止遍历；

步骤5-2：将对象节点AABB包围盒与当前视域进行求交运算，若不相交，则遍历终止，不进行其他操作；若相交，则根据步骤4中得到的水质图形标识号，遍历该对象节点下的对应标识号的图形节点，执行步骤5-3；

步骤5-3：将图形节点OBB包围盒与当前视域进行求交运算，若不相交，则遍历终止，说明当前视域中没有出现水质图形；若相交，则保留在视域中，执行步骤6。

步骤6：根据步骤4中得到的水质图形标识号，根据此标识号查找对象节点下的水质图形，并将对应的水质图形送入绘制管线。

步骤7：水污染环境三维快速显示系统提供三维漫游与水质信息查询功能，其中查看水质信息具体包括以下步骤：

步骤7-1：从场景相机的角度及屏幕点确定的射线是否与场景树中的场景根节点包围盒相交。若不相交，则该节点遍历终止；若相交，则遍历该节点的子节点，执行步骤7-2；

步骤7-2：若当前节点为场景节点，则将该节点的包围盒进行相交测试。若不相交，则终止遍历；若相交，则遍历其子节点，执行步骤7-2；若当前节点为对象节点，执行步骤7-3；

步骤7-3：判断射线与对象节点AABB包围盒是否相交。若不相交，说明该对象没有被选中，则遍历终止；若相交，则说明该对象节点被选中，获得该对象节点中记录的传感器标识号，执行步骤7-4；

步骤7-4：在数据库中查找该标识号的传感器感知信息，得到当前水质的实时数据，通过文字显示节点将该数据显示在三维水环境场景中。

本发明还提供了一种基于上述方法的水污染环境三维快速显示系统，该系统包括预处理模块和渲染模块。预处理模块用于收集感知信息并将传感器感知信息保存在数据库中，构建BSP场景树，构建每块水域的水环境案例库；渲染模块用于进行图形显示，在显示过程中使用了视域剔除等技术。根据传感器感知数据查找对应案例，判断水质等级，从案例中得到水质图形标识号，根据此标识号选择水质图形显示，通过传感器标识号查找数据库中的信息，显示当前水质信息。

其中，所述预处理模块包括：感知信息收集模块：用于将传感器感知到的水环境信息到数据库中，传感器每隔一段时间传回一组感知信息，将感知信息保存到数据库中；案例库构建模块：用于根据国家五类水质标准构建案例库，其中每个案例包括案例标识号、水质特征描述、水质图形标识号；场景树构建模块：用于划分三维场景结构，将三维场景划分为水域和空域，水域和空域分用场景节点进行组织；将水域分块，每块对应水域场景节点的子节点，该子节点中包含水域对象节点，每个对象包含五种水质图形节点。根据底层的水质图形节点的属性，获得其OBB包围盒；根据OBB包围盒，构建水域对象的AABB包围盒；并根据水域对象的AABB包围盒构建基于BSP结构的场景树。

其中，所述渲染模块包括：视域剔除模块，用于通过场景树的层次结构，判断哪些场景节点以及对象节点在当前视域中可见。

水质等级判断模块：用于根据传感器感知信息与案例库中案例的相似度，通过基于案例推理的选择方法得到水质等级，记录水质图形标识号；水质图形显示模块：用于根据基于案例推理选择方法得出的结果，选择对应标识号的水质图形，显示图形；水域信息显示模块：用于根据在三维场景中点选某个对象，记录该对象中对应传感器标识号，在数据库中查找对应标识号传感器的感知信息，选择当前最新的信息，通过文字显示节点显示该信息。

本发明中，传感器负责感知水环境信息，每隔固定时间间隔，传感器将信息传回，并保存在数据库中。根据传感器将水域划分，每块水域由传感器负责感知信息；根据国家五类水质标准，构建案例库，其中案例包含：案例标识号、水质特征描述、水质图形标识号；水环境三维场景中，场景树以水域对象节点为基本组织单位，以BSP结构进行组织，BSP场景树根节点下，连接水域和空域场景节点，水域场景节点，水域场景节点连接两个水域对象节点，水域对象节点负责组织五种水质图形节点；以场景区域AABB包围盒－水域对象AABB包围盒－底层水质图形OBB包围盒的逐步求精，进行视域剔除；根据基于案例推理的图形选择方法，计算传感器感知信息与案例库中案例的相似度，查找案例库中的案例，判断水质等级，记录水质图形标识号，并在水域对象中选择显示对应标识号的水质图形；专家可以在三维场景中进行漫游，观察实时变化，通过点选场景中的对象，利用判断射线是否与水质图形的包围盒相交，决定是否显示当前水质图形的信息。本发明解决专家无需到现场勘察水质、实时快速显示水污染环境三维图形的问题，且能够自动选择对应水质图形，使专家在水环境三维场景中漫游观察、查看当前水域实时信息，方便专家对水污染环境进行研究。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种水污染环境三维快速显示方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：将水域分块，每块水域都由相应的传感器负责感知水域信息，并定时传回信息，将传感器感知到的信息保存到数据库中；

步骤2：以水域对象节点为组织单位，构建BSP场景树；

步骤3：根据国家五类水质标准，构建案例库；

步骤4：根据传感器感知信息，计算与案例库中案例相似程度，判断水质等级，查找对应案例中水质图形的标识号(水质图形ID,Identification)；

步骤5：基于所述BSP树与包围盒进行视域剔除；

步骤6：根据得到的水质图形标识号，选择对应的水质图形，显示水质图形；

步骤7：水污染环境三维快速显示系统提供三维漫游与水质信息查询功能。

2.根据权利要求1所述的一种水污染环境三维快速显示方法，其特征在于，所述步骤2中构建BSP树包括如下步骤：

步骤2-1：将水环境三维场景分为水域和空域，利用场景节点组织水域和空域，将水域场景节点和空域场景节点连接在BSP场景树的根节点上，场景节点记录一个AABB包围盒，即AABB为轴对齐包围盒，其值是其子节点包围盒的并集，执行步骤2-2；

步骤2-2：将当前水域一分为二，每块水域用场景节点组织，并将新生成的两个节点连接在上一层的场景节点；划分水域时，同时当前空域一分为二，每块空域用场景节点组织并将新生成的两个节点连接在上一层的场景节点；若当前水域传感器数量不为1，继续执行步骤2-2；否则停止划分水域、空域，执行步骤2-3；

步骤2-3：当前水域中的传感器数量为1，对应该水域和空域的场景节点已为BSP场景树的底层节点，构建当前水域对象节点和空域对象节点，并连接在其对应场景节点上；水域对象节点记录一个AABB包围盒，并包含负责感知该水域信息的传感器标识号(传感器ID,Identification)；根据国家五类水质标准，生成对应的五种水质图形，并构建水质图形节点；每个水域对象节点包含五种水质图形节点，每个图形节点包含OBB包围盒，即OBB为有向包围盒，并记录该水质图形标识号。

3.根据权利要求1所述的一种水污染环境三维快速显示方法，其特征在于，所述步骤3中根据国家规定的标准，水质等级分为五类，根据五类等级构建案例；每个传感器构建一个案例库，每个案例库中包含五组案例，其中，案例表示C_k＝{I_k，S_l，F_k，W_k}，其中C_k表示案例库中第k条案例(k＝1，…5)的标识号；S_l表示该案例所对应传感器标识号；I_k为当前案例标识号，在系统中唯一确定该案例；F_k＝(f_1，k，f_2，k…f_q，k)为水环境的特征描述，q为特征数，f_1，k为溶解氧、f_2，k为总氮、f_3，k为总磷、f_4，k为总氨……；W_k表示这个案例水质图形标识号。

4.根据权利要求1所述的一种水污染环境三维快速显示方法，其特征在于，所述步骤4中基于案例推理的图形选择方法，判断水质等级，选择相应的水质图形标识号，包括如下步骤：

步骤4-1：计算每一条水域案例C_k与F_j的相似度，即：

$Sim(T_j,C_k)=\underset{i=1}{\overset{q}{\Σ}}{\mathrm{\ϵ}}_i(1-\frac{|f_i-f_{i,k}|}{max(f_i,f_{i,k})}),$ 其中ε_i为加权系数，满足 $\underset{i=1}{\overset{q}{\Σ}}{\mathrm{\ϵ}}_i=1;$

步骤4-2：若C_j＝max(Sim(T_j,C_k))，则记录水质图形W_j；

步骤4-3：在对象节点的子节点中查找W_k所对应的水质图形，记录该水质图形标识号。

5.根据权利要求1所述的一种水污染环境三维快速显示方法，其特征在于，所述步骤5中利用BSP结构场景树，完成视域剔除，达到提升渲染效率的目的，包括以下步骤：

步骤5-1：遍历BSP场景树，将场景树中的场景节点AABB包围盒与当前视域进行求交运算，若相交，则继续遍历该节点的子节点；若该子节点为场景节点，继续执行步骤5-1；若子节点为对象节点，执行步骤5-2；若场景节点AABB包围盒不与当前视域相交，则说明其子节点都不在视域中，终止遍历；

步骤5-2：将对象节点AABB包围盒与当前视域进行求交运算，若不相交，则遍历终止，不进行其他操作；若相交，则根据步骤4中得到的水质图形标识号，遍历该对象节点下的对应标识号的图形节点，执行步骤5-3；

步骤5-3：将图形节点OBB包围盒与当前视域进行求交运算，若不相交，则遍历终止，说明当前视域中没有出现水质图形；若相交，则保留在视域中，执行步骤6。

6.根据权利要求1所述的一种水污染环境三维快速显示方法，其特征在于，所述步骤6中根据步骤4中得到的水质图形标识号，根据此标识号查找对象节点下的水质图形，并将对应的水质图形送入绘制管线。

7.根据权利要求1所述的一种水污染环境三维快速显示方法，其特征在于，所述步骤7中查看水质信息包括如下步骤：

步骤7-1：从场景相机的角度及屏幕点确定的射线是否与场景树中的场景根节点包围盒相交；若不相交，则该节点遍历终止；若相交，则遍历该节点的子节点，执行步骤7-2；

步骤7-2：若当前节点为场景节点，则将该节点的包围盒进行相交测试；若不相交，则终止遍历；若相交，则遍历其子节点，执行步骤7-2；若当前节点为对象节点，执行步骤7-3；

步骤7-3：判断射线与对象节点AABB包围盒是否相交；若不相交，说明该对象没有被选中，则遍历终止；若相交，则说明该对象节点被选中，获得该对象节点中记录的传感器标识号，执行步骤7-4；

步骤7-4：在数据库中查找该标识号的传感器感知信息，得到当前水质的实时数据，通过文字显示节点将该数据显示在三维水环境场景中。

8.一种水污染环境三维快速显示系统，其特征在于，所述系统包括预处理模块和渲染模块；

预处理模块：收集感知信息并将传感器感知信息保存在数据库中，构建BSP场景树，构建每块水域的水环境案例库；

渲染模块：用于进行图形显示，在显示过程中使用了视域剔除技术；根据传感器感知数据查找对应案例，判断水质等级，从案例中得到水质图形标识号，根据此标识号选择水质图形显示，通过传感器标识号查找数据库中的信息，显示当前水质信息。

9.根据权利要求8所述的一种水污染环境三维快速显示系统，其特征在于，所述预处理模块包括：

感知信息收集模块：用于将传感器感知到的水环境信息到数据库中，传感器每隔一段时间传回一组感知信息，将感知信息保存到数据库中；

案例库构建模块：用于根据国家五类水质标准构建案例库，其中每个案例包括案例标识号、水质特征描述、水质图形标识号；

场景树构建模块：用于划分三维场景结构，将三维场景划分为水域和空域，水域和空域分用场景节点进行组织；将水域分块，每块对应水域场景节点的子节点，该子节点中包含水域对象节点，每个对象包含五种水质图形节点，获得底层水质图形的OBB包围盒，根据OBB包围盒，构建水域对象的AABB包围盒；根据水域对象的AABB包围盒构建场景对象的AABB包围盒，根据场景对象AABB包围盒构建基于BSP结构的场景树。

10.根据权利要求8所述的一种水污染环境三维快速显示系统，其特征在于，所述渲染模块包括：

视域剔除模块，用于通过基于BSP结构的场景树层次结构，确定哪些场景节点在当前视域中可见；

水质等级判断模块：用于根据传感器感知信息与案例库中案例的相似度，通过基于案例推理的选择方法得到水质等级，记录水质图形标识号；

水质图形显示模块：用于根据基于案例推理选择方法得出的结果，选择对应标识号的水质图形，显示图形；

水域信息显示模块：用于根据在三维场景中点选某个对象，记录该对象中对应传感器标识号，在数据库中查找对应标识号传感器的感知信息，选择当前最新的信息，通过文字显示节点在三维场景中显示该信息。