電腦仿真看起來和電腦遊戲有點像,但有兩個本質區別:一是電腦遊戲是虛構場景,而電腦仿真是真實場景;二是電腦遊戲中物體運動不遵守物理定律,而電腦仿真里物體運動嚴格遵守物理定律。我們研發三峽水庫電腦仿真的團隊只有四人。其中兩人是文革前畢業的老專家,俺和另一名南京水利學院(現今是南京河海大學)畢業的女生,是文革後高考出來的新生力量。系統中仿真硬件和電腦可視化軟件模塊,我們這些業餘級別的電腦玩家無法勝任,就外包給了專業的上海華東計算所。
研發三峽水庫電腦仿真的第一步,是收集和分析三峽庫區附近的氣象和水文資料。氣象站和水文站提供的數據,只是原始的風雨和江水測量記錄,它們需要分析處理後使用。比如,三峽大壩要求百年一遇洪水風暴能正常發電通航,千年一遇洪水風暴大壩不倒。但原始記錄只測量了幾十年,理論上說百年一遇的洪水風暴還沒測量到。千年一遇洪水風暴,就更沒有了。所以,百年千年一遇的洪水風暴,都要通過分析處理得到。分析處理的理論依據是概率論,即通過幾十年的測量數據,創立洪水風暴發生概率模型,再由發生概率模型外推到百年千年。
研發三峽水庫電腦仿真的第二步,是創建水庫數字模型。這數字模型使用流體力學理論,預測水庫建成後的狀態,包括水庫面積,水庫形狀,水庫庫容,各處水流速度和方向,水面波浪高度,方向和波長等等。流體力學理論是一組高階偏微分方程。微分方程的解都包含若幹個待定係數(或待定函數),由初始條件和邊界條件決定。三峽水庫初始條件是沒大壩時長江狀態,邊界條件是庫區地形和氣象水文條件。
研發三峽水庫電腦仿真的第三步,是創建水庫建築和庫水的互動模型。水庫建築包括大壩,船閘,升船機,防波堤,水面船隻。淤積泥沙也作為水庫建築對待,只是它是自然建築。水庫建築和庫水互動模型,也是使用流體力學理論,去預測水庫建築的受力和移動情況。
研發三峽水庫電腦仿真的第四步,是創建仿真硬件和可視化軟件模塊。仿真硬件取代電腦鍵盤和鼠標,作為人機互動的工具。可視化軟件模塊,將水庫數字模型,水庫建築和庫水的互動模型的結果圖形化,讓結果看起來形象,逼真,有趣。