【摘要】： 隨著我國海洋資源開發(fā)和利用的不斷深入,海洋環(huán)境監(jiān)測已經(jīng)成為海洋及環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域重要的研究課題。長期以來海洋環(huán)境調(diào)查研究積累了大量的多源、異構(gòu)、多維、動(dòng)態(tài)、海量的海洋環(huán)境綜合數(shù)據(jù),特別是隨著空間探測技術(shù)的飛速發(fā)展,這些數(shù)據(jù)更是以幾何級數(shù)般速度增長。利用先進(jìn)的地理空間信息技術(shù)對海洋環(huán)境綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和共享已經(jīng)成為近幾年的趨勢。論文分析了目前GIS技術(shù)在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用中存在的不足,并針對其中的關(guān)鍵問題——海洋環(huán)境綜合數(shù)據(jù)時(shí)空建模方法與可視化技術(shù)進(jìn)行了研究。指出了現(xiàn)有的GIS數(shù)據(jù)模型在表達(dá)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)上的不足,探索適合海洋時(shí)空數(shù)據(jù)的建模機(jī)制。在可視化表達(dá)上,引入科學(xué)可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真、體繪制、網(wǎng)格計(jì)算等計(jì)算機(jī)可視化領(lǐng)域的最新技術(shù),結(jié)合海洋環(huán)境監(jiān)測可視化系統(tǒng)的實(shí)際需求,提出了幾種可行性強(qiáng)的基于GIS的可視化方法和技術(shù)路線,并將研究結(jié)果進(jìn)行了實(shí)踐和應(yīng)用。具體的研究內(nèi)容如下: 1、分析了現(xiàn)有GIS數(shù)據(jù)模型在海洋環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用中的不足,提出了以場模型為主,基于場和對象聯(lián)合建模的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)概念模型,針對海洋時(shí)空數(shù)據(jù)的格網(wǎng)特性,提出了基于基態(tài)修正的快照格網(wǎng)模型,并設(shè)計(jì)了集成場和特征的面向?qū)ο蟮腉IS時(shí)空數(shù)據(jù)模型。 2、討論了GIS可視化的部分關(guān)鍵理論和技術(shù),包括:科學(xué)計(jì)算可視化、地學(xué)可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真、虛擬GIS、三維圖形原理、計(jì)算機(jī)圖形開發(fā)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫引擎、分布式GIS、網(wǎng)格計(jì)算等,指出目前GIS可視化面臨的難題及其在表達(dá)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)上的不足,并提出了基于GIS的可視化技術(shù)集成框架。 3、分析了GIS空間數(shù)據(jù)庫在可視化系統(tǒng)中的重要性,采用大型對象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化管理,針對海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求,給出了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)入庫和分發(fā)的方法。為了實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速顯示,采用基于多分辨率瓦片金字塔技術(shù)、海量數(shù)據(jù)索引技術(shù)和基于線程的實(shí)時(shí)調(diào)度等技術(shù),達(dá)到了可視化實(shí)際應(yīng)用的要求。 4、研究了海洋虛擬環(huán)境建模方法,提出了�？�、海面、海體、海底的自然環(huán)境和非自然實(shí)體建模方法。針對真實(shí)感海浪的模擬,提出了用海洋波譜函數(shù)來對隨機(jī)的海洋波面進(jìn)行構(gòu)造,這種基于二維空間的模擬方法,通過對給定能量譜的正弦分量進(jìn)行多重求和,簡單易行,并在視覺上獲得較好的效果。 5、研究基于虛擬GIS的海洋環(huán)境虛擬可視化。分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與GIS的結(jié)合方式,提出了構(gòu)建虛擬GIS的兩種開發(fā)策略,指出了虛擬現(xiàn)實(shí)和GIS的松散數(shù)據(jù)結(jié)合是較好的集成應(yīng)用方式。為了更加逼真形象地描述虛擬海洋環(huán)境,提高程序的效率和質(zhì)量,簡化仿真建模過程,本文提出了基于三維圖形引擎的松散式集成的設(shè)計(jì)方法,并設(shè)計(jì)開發(fā)了支持海洋虛擬環(huán)境的三維圖形引擎OE3DGE。 6、根據(jù)海洋環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)提出了海洋多維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的時(shí)空可視化方法,全面、詳細(xì)和準(zhǔn)確地表現(xiàn)和描述多維對象的空間特征和變化趨勢。為海洋科研和工作人員提供一種可視化表達(dá)和分析工具,來直觀的表達(dá)和揭示海洋現(xiàn)象和構(gòu)造特征,提供海洋現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)變化、歷史回溯和未來演變的可視化。 7、為了動(dòng)態(tài)地顯示海洋環(huán)境三維數(shù)據(jù)場的整體變化情況,提出了基于體繪制和面繪制的數(shù)據(jù)場三維動(dòng)態(tài)可視化方法,在ArcGIS平臺(tái)上給出了基于先進(jìn)的可視化工具集VTK的可視化擴(kuò)展解決方案,實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)場實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可視,為直觀準(zhǔn)確地了解海洋環(huán)境的狀況提供指導(dǎo)。 8、針對海洋環(huán)境數(shù)據(jù)可視化中的數(shù)據(jù)量大、計(jì)算密集、效率低、分布式等特點(diǎn),提出了面向網(wǎng)格計(jì)算可視化方法,通過動(dòng)態(tài)的資源組織滿足可視化應(yīng)用的計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求,設(shè)計(jì)了面向海洋環(huán)境數(shù)據(jù)可視化的多層網(wǎng)格系統(tǒng)架構(gòu),討論了面向網(wǎng)格的可視化流程,并以海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的三維體繪制為例,對系統(tǒng)做了初步測試。
【圖文】：

例如，溫躍層是溫度場的一部分，環(huán)流是流場的一部分，渦漩也是流場的一部分，而且本身也是一種場—渦流場。但這些現(xiàn)象的獨(dú)立描述和研究又極具重要價(jià)值，對海洋學(xué)的發(fā)展具有重要的意義。第三類現(xiàn)象需要場和對象兩種模型相結(jié)合來進(jìn)一步建模。在G巧應(yīng)用模型的高層建模中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中以及地理信息系統(tǒng)應(yīng)用中，都會(huì)遇到這兩種模型的集成問題。那么，面對這些現(xiàn)象與需求，我們應(yīng)在場和對象兩種模型之間建立一種“溝通”模型，并在概念表達(dá)層次上，實(shí)現(xiàn)兩者的集成與融合。針對海洋中的第三類現(xiàn)象，邵全琴(邵全琴，ZOOla)和高錫章(高錫章，2004)分別提出了場對象和對象場的概念。謝炯(謝炯，2005)進(jìn)一步從“特征一場”多重表達(dá)與建模的框架出發(fā)，分析認(rèn)為，定義為“場特征”還是“特征場”，取決于不同的研究尺度和研究重點(diǎn)。如果將海洋的第三類現(xiàn)象放到“特征一場”建模框架中進(jìn)行分析，就能更全面地來看待海洋第三類現(xiàn)象。將特征類型與場類型兩者間的映射關(guān)系，分為特征一場關(guān)聯(lián)模式(FFRM)和特征一位置關(guān)聯(lián)模式(FLRM)。特征一場的建�？蚣苤饕康脑谟诰C合兩類表達(dá)模型的優(yōu)點(diǎn)，在同時(shí)獲得各自數(shù)據(jù)利用和數(shù)據(jù)分析優(yōu)勢的前提下，兩者結(jié)合產(chǎn)生新的特性。

俘物幻靂乙(Whop荃于位里渺件e)荃于時(shí)間圖2一 2TRIAO模型表達(dá)時(shí)空變化的不同角度基于TRAID模型，peuquet于1995提出基于事件的時(shí)空數(shù)據(jù)模型，，即ESTDM(event一 basedspatio一 temPoraldatamodel)模型 (peuquetetal， 1995)，這是一種以時(shí)間作為組織基礎(chǔ)的時(shí)空數(shù)據(jù)模型，開創(chuàng)了時(shí)空數(shù)據(jù)模型中“事件”研究的先河。ESTDM中的事件等同于時(shí)間，即通過事件所描述的變化來表達(dá)時(shí)間。 SSSVentllllleV6ntZZZ ttt，
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：P208;X834

【引證文獻(xiàn)】

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9 劉壽鑫;面向海洋虛擬現(xiàn)實(shí)和可視化渲染引擎的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];中國海洋大學(xué);2012年

10 陳文娜;多Agent分布式海洋空間數(shù)據(jù)集成框架及任務(wù)分配機(jī)制研究[D];上海海洋大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2662782