电脑仿真看起来和电脑游戏有点像,但有两个本质区别:一是电脑游戏是虚构场景,而电脑仿真是真实场景;二是电脑游戏中物体运动不遵守物理定律,而电脑仿真里物体运动严格遵守物理定律。我们研发三峡水库电脑仿真的团队只有四人。其中两人是文革前毕业的老专家,俺和另一名南京水利学院(现今是南京河海大学)毕业的女生,是文革后高考出来的新生力量。系统中仿真硬件和电脑可视化软件模块,我们这些业余级别的电脑玩家无法胜任,就外包给了专业的上海华东计算所。
研发三峡水库电脑仿真的第一步,是收集和分析三峡库区附近的气象和水文资料。气象站和水文站提供的数据,只是原始的风雨和江水测量记录,它们需要分析处理后使用。比如,三峡大坝要求百年一遇洪水风暴能正常发电通航,千年一遇洪水风暴大坝不倒。但原始记录只测量了几十年,理论上说百年一遇的洪水风暴还没测量到。千年一遇洪水风暴,就更没有了。所以,百年千年一遇的洪水风暴,都要通过分析处理得到。分析处理的理论依据是概率论,即通过几十年的测量数据,创立洪水风暴发生概率模型,再由发生概率模型外推到百年千年。
研发三峡水库电脑仿真的第二步,是创建水库数字模型。这数字模型使用流体力学理论,预测水库建成后的状态,包括水库面积,水库形状,水库库容,各处水流速度和方向,水面波浪高度,方向和波长等等。流体力学理论是一组高阶偏微分方程。微分方程的解都包含若干个待定系数(或待定函数),由初始条件和边界条件决定。三峡水库初始条件是没大坝时长江状态,边界条件是库区地形和气象水文条件。
研发三峡水库电脑仿真的第三步,是创建水库建筑和库水的互动模型。水库建筑包括大坝,船闸,升船机,防波堤,水面船只。淤积泥沙也作为水库建筑对待,只是它是自然建筑。水库建筑和库水互动模型,也是使用流体力学理论,去预测水库建筑的受力和移动情况。
研发三峡水库电脑仿真的第四步,是创建仿真硬件和可视化软件模块。仿真硬件取代电脑键盘和鼠标,作为人机互动的工具。可视化软件模块,将水库数字模型,水库建筑和库水的互动模型的结果图形化,让结果看起来形象,逼真,有趣。