在當前信息數(shù)據(jù)迅速增長的時代,如何在海量數(shù)據(jù)中提取和呈現(xiàn)其內(nèi)在的有效信息,是一個廣大研究者持續(xù)關(guān)注的課題,現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析方法大多數(shù)停留在二維分析層面,難以滿足量和維度不斷提升的海量數(shù)據(jù)分析需求。隨著科學(xué)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的不斷發(fā)展,多維場數(shù)據(jù)的可視化方法層出不窮,并且在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本文主要研究氣象數(shù)據(jù)的三維標量場可視化方法,利用改進體繪制算法構(gòu)造可視化系統(tǒng)。重點在體繪制核函數(shù)的研究上,提出從效率和效果上對繪制結(jié)果改進的方法理論。對體繪制的原始數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)采樣過程、采樣數(shù)據(jù)合成過程這四個階段進行解析,提取每個階段的最優(yōu)方法,并結(jié)合現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化各個階段。（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理:氣象源數(shù)據(jù)存在異構(gòu)性、多樣性特征,要統(tǒng)一接入當前繪制方法,必須進行數(shù)據(jù)標準化。結(jié)合當前數(shù)據(jù)存儲特性,采用自定義的二進制數(shù)據(jù)存儲方式。根據(jù)當前各個數(shù)據(jù)的解析方式將數(shù)據(jù)解析并放入緩存空間中,自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),存放當前數(shù)據(jù)信息和數(shù)據(jù)體,通過二進制流的形式將當前數(shù)據(jù)序列化到文件中,統(tǒng)一格式和存儲。（2）Ray-AABB自適應(yīng)采樣:在傳統(tǒng)體繪制算法射線采樣過程中,射線采樣點坐標計算是射線和包圍盒交叉計算過程,分為盒... 

【文章來源】：成都信息工程大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：54 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

屏幕空間體繪制流程圖

暈?鼻捌聊幌嗔諳袼叵嗨菩院芨擼?裳??程中可減少均勻空間區(qū)域采樣次數(shù)；體素鄰域相關(guān)性為相鄰體素屬性相似度很高，采樣過程中對均勻空間采樣次數(shù)減少；射線相關(guān)性為射線進入體數(shù)據(jù)場空間中入射點各不相同，射線方向大致相同，記錄穿越體數(shù)據(jù)場的相似模式，減少其中的三維離散化過程；采樣過程中會進行顏色合成和阻光度累積計算，剔除當前數(shù)據(jù)場空間空體素，空間跳躍時，不進行空體素采樣。2.1.2基于物體空間的體繪制按照物體空間掃描[37]方式，它不是從屏幕像素逐點計算的，而是根據(jù)物體空間體數(shù)據(jù)點逐點計算，步驟如圖2.2所示如下：圖2.2物體空間體繪制流程圖（1）分類顏色值和不透明度，應(yīng)用到每個數(shù)據(jù)點，并且定義觀察平面和觀察方向。

成都信息工程大學(xué)碩士學(xué)位論文第8頁共46頁2.1.3紋理映射體繪制算法對于體繪制算法中的數(shù)據(jù)都是從外部解析而來，傳入體繪制核函數(shù)中進行采樣處理并合成最終圖像。在體數(shù)據(jù)采樣過程中為了簡化這種采樣方式和獲取更高的采樣效率，提出了基于紋理映射的體繪制算法[39]，它基于硬件的像素融合功能和體素的繪制過程能得到更高的繪制效率。紋理分為二維和三維紋理，在體繪制中一般采用3D紋理，也叫體紋理，它主要改變的是體繪制算法中的采樣過程和數(shù)據(jù)預(yù)處理過程。它的算法流程圖如圖2.3所示：圖2.3紋理映射的體繪制算法流程圖一共有四個步驟：3D紋理合成、光線投射采樣、體數(shù)據(jù)分類函數(shù)、光照模型積分、圖像合成。（1）3D紋理合成：讀取外部三維數(shù)據(jù)場文件，通過在CPU環(huán)境中將數(shù)據(jù)存儲為紋理格式的數(shù)據(jù)緩存，通過將此緩存數(shù)據(jù)放入GPU的3D紋理存儲器中。它的映射方式是通過將每一個數(shù)據(jù)點與單位體數(shù)據(jù)空間中的單個體素進行綁定，所以，在GPU中通過紋理坐標進行體素頂點采樣。（2）光線投射采樣：在體繪制的采樣過程中，通過視點方向與屏幕像素形成的射線對三維數(shù)據(jù)場空間進行交叉運算，通過射線的等距離采樣點對當前體數(shù)據(jù)進行采樣，它的采樣點一般不存在原始數(shù)據(jù)點上，會經(jīng)過相應(yīng)的插值計算獲取當前采樣值。（3）體數(shù)據(jù)分類函數(shù)：在采樣過程完成后，會進行基于當前物質(zhì)屬性設(shè)計的一個分類計算，來進行數(shù)據(jù)剔除，一般有閾值法和概率分類法兩種分類函數(shù)，以下章節(jié)會有講解。通過分類法函數(shù)過濾過后，賦值顏色值和不透明度，將結(jié)果作為當前光照模型的參數(shù)輸入并進行相應(yīng)的合成。（4）光照模型積分：對應(yīng)當前的光照模型建立對應(yīng)的采樣點合成過程，在這個算法中采用由前向后的顏色值、不透明度的合成方法，通過基于屏幕空間的體

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于WebGL的海洋三維可視化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 辛文鵬,方京,夏偉.  海洋信息. 2018(03)
[2]用擴散層模型與多相流方法對空冷凝汽器逆流管內(nèi)凝結(jié)與流動的數(shù)值模擬[J]. 鄧慧,白焰.  中國電機工程學(xué)報. 2017(03)
[3]面向災(zāi)害天氣的三維動態(tài)仿真方法研究[J]. 王偉,周新春,張國學(xué).  人民長江. 2014(02)
[4]基于氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)的三維云景可視化方法[J]. 李曉望,王文珂,李思昆.  系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2013(09)
[5]基于天氣雷達探測數(shù)據(jù)構(gòu)建地理空間三維云體技術(shù)[J]. 孟昭林.  氣象科技. 2013(03)
[6]基于體繪制的三維云可視化研究[J]. 蔣立輝,董要潁,莊子波,姚彬.  計算機技術(shù)與發(fā)展. 2012(05)
[7]云圖數(shù)據(jù)驅(qū)動的三維云景可視化[J]. 徐江斌,趙健,楊超,吳玲達.  工程圖學(xué)學(xué)報. 2010(03)
[8]體素分類與Phong光照模型GPU加速體繪制[J]. 馬國軍.  計算機工程與設(shè)計. 2010(07)
[9]動態(tài)映射函數(shù)最新進展及其在GNSS遙感水汽中的應(yīng)用研究[J]. 張雙成,葉世榕,劉經(jīng)南,李沖.  武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版). 2009(03)
[10]基于紋理與分形理論的氣象衛(wèi)星云圖目標物識別[J]. 鄭君杰,黃峰,張韌,董兆俊.  氣象科學(xué). 2005(03)

博士論文
[1]基于可編程GPU的體繪制關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 鄒華.西安電子科技大學(xué) 2009

碩士論文
[1]WebGIS三維可視化技術(shù)及其在地面氣象觀測數(shù)據(jù)分析服務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用[D]. 金文.南昌大學(xué) 2018
[2]多分辨率體繪制數(shù)據(jù)動態(tài)加載方法的研究[D]. 印天軼.吉林大學(xué) 2017
[3]三維水聲數(shù)據(jù)的可視技術(shù)研究[D]. 宦天樞.杭州電子科技大學(xué) 2017
[4]三維數(shù)字流域平臺的開發(fā)與應(yīng)用[D]. 張?zhí)煜?華北電力大學(xué)(北京) 2017
[5]基于氣象數(shù)據(jù)的云繪制算法研究[D]. 楊海岳.北京理工大學(xué) 2016
[6]基于體繪制的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)三維可視化方法研究[D]. 胡偉健.北京理工大學(xué) 2016
[7]基于GPU和非真實感渲染的三維可視化研究[D]. 曾勵冰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號：3594278