【摘要】：富饒的海洋蘊(yùn)涵有豐富的資源,其包含的能源、礦產(chǎn)、漁業(yè)等是人類賴以生存的保障。我國(guó)是海洋大國(guó),擁有300萬(wàn)平方千米的“藍(lán)色國(guó)土”,海洋對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、國(guó)防、軍事的重要性不言而喻。隨著對(duì)海洋的探索、對(duì)海洋資源的開發(fā)利用,人類對(duì)海洋的科研活動(dòng)與日俱增,與此同時(shí),獲得的海洋信息數(shù)據(jù)也以幾何級(jí)數(shù)的速度增加。如何有效利用這些數(shù)據(jù),將隱藏在數(shù)據(jù)內(nèi)部的信息直觀地表現(xiàn)出來(lái)是海洋可視化的重要研究?jī)?nèi)容。本文對(duì)海洋場(chǎng)數(shù)據(jù)三維可視化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,闡述了粒子系統(tǒng)、光線投射算法和多層次可視化方法的基本原理。以洋流和溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)為例,實(shí)現(xiàn)了洋流粒子系統(tǒng)、溫度場(chǎng)的光線投射體繪制和洋流的多層次可視化。最后設(shè)計(jì)并開發(fā)了海洋三維可視化驗(yàn)證系統(tǒng)用以驗(yàn)證本文中的可視化方法。本文的主要工作內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)洋流粒子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn):用大量粒子的變化反映洋流的總體變化趨勢(shì)。描述了洋流粒子的產(chǎn)生、屬性初始化、運(yùn)動(dòng)、消亡和繪制五個(gè)步驟的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,最后實(shí)現(xiàn)了基于粒子系統(tǒng)的洋流三維動(dòng)態(tài)可視化。(2)光線投射算法的改進(jìn)與實(shí)現(xiàn):在分析現(xiàn)有的體數(shù)據(jù)組織方式的基礎(chǔ)上,針對(duì)深度方向上非等距采樣的場(chǎng)數(shù)據(jù),提出偽八叉樹模型用以數(shù)據(jù)組織。根據(jù)投射光線穿越體數(shù)據(jù)的入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的相對(duì)位置,采取不同的插值方法和采樣方法,并結(jié)合光線提前終止法,通過(guò)減少重采樣點(diǎn)和計(jì)算量來(lái)提高光線投射算法的繪制效率。(3)多層次可視化的實(shí)現(xiàn):多層次可視化需要考慮繪制效率和每層的顯示位置。考慮到采樣數(shù)據(jù)層非等距的特點(diǎn),在構(gòu)建坐標(biāo)系統(tǒng)時(shí),在深度方向上采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)以減少各層之間的間隔;采用四叉樹組模型組織數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)裁剪,加快數(shù)據(jù)的訪問(wèn)速度;開辟數(shù)據(jù)調(diào)度線程和數(shù)據(jù)渲染線程,將數(shù)據(jù)調(diào)度與渲染任務(wù)分開完成,利用多線程并行技術(shù),對(duì)處理后的每一層數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化渲染,從而達(dá)到多層次可視化的加速目的。以洋流為例,實(shí)現(xiàn)了洋流的多層次可視化。(4)采用Qt Creator開發(fā)框架、C++開發(fā)語(yǔ)言、OpenGL渲染引擎,設(shè)計(jì)并開發(fā)海洋三維可視化驗(yàn)證系統(tǒng),以驗(yàn)證本文的可視化方法的準(zhǔn)確性和適用性。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41;P714
【圖文】：

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圖 1.3 VG Engine 體系結(jié)構(gòu)i）基于 GPU 的光線投射算法基于 GPU 的光線投射算法已經(jīng)成為主流。GPU 編程技術(shù)的出現(xiàn)法能夠在 GPU 上得以運(yùn)行，將算法移植到 GPU 上實(shí)現(xiàn)，借助于點(diǎn)運(yùn)算和并行計(jì)算的優(yōu)勢(shì)[44]提高繪制效率。GPU 上實(shí)現(xiàn)光線投射算法，需要用到 GPU 上的頂點(diǎn)著色器和片組件。頂點(diǎn)著色器負(fù)責(zé)頂點(diǎn)坐標(biāo)變換的任務(wù)；片段著色器負(fù)責(zé)像務(wù)。頂點(diǎn)著色程序從 GPU 前端獲取圖元信息并完成一系列操作變換、光照計(jì)算等），然后把經(jīng)過(guò)計(jì)算的數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊拇嫫�。片存器中提取需要的�?shù)據(jù)并對(duì)每個(gè)片段進(jìn)行顏色計(jì)算，然后把計(jì)算光柵操作模塊。可編程圖形渲染管線如圖 1.4 所示：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2739795