本文關(guān)鍵詞：面向海洋標量場特征的三維可視化關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 海洋標量場 體繪制 三維可視化 自適應(yīng)采樣

【摘要】：隨著海洋科學(xué)的不斷發(fā)展,海洋探測技術(shù)的不斷提升,通過衛(wèi)星海洋遙感、浮標探測、調(diào)查船等多樣化的技術(shù)方法可以獲取大量的海洋數(shù)據(jù)。海洋數(shù)據(jù)是海洋現(xiàn)象的反映,如何通過數(shù)字化手段對海洋數(shù)據(jù)進行處理和表現(xiàn),使海洋數(shù)據(jù)中所包含的有效信息能夠得到充分表達,是更好地理解海洋現(xiàn)象和進一步海洋科學(xué)研究的有效工具,成為當(dāng)前需要解決的重要課題。信息可視化技術(shù)在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用是對海洋數(shù)據(jù)和海洋現(xiàn)象進行數(shù)字化表達的有效手段。本文以信息可視化技術(shù)為基礎(chǔ),針對海洋標量數(shù)據(jù)的特點,重點研究海洋標量場三維可視化算法,使海洋特征能夠得到有效表達：設(shè)計并實現(xiàn)了針對海洋標量場的可視化系統(tǒng),系統(tǒng)基于GPU加速算法實現(xiàn)對海洋數(shù)據(jù)的實時渲染并支持剖面選擇、自定義配色方案等各類交互操作。論文所做的主要工作及所獲得的研究成果如下：(1)海洋數(shù)據(jù)類型及其對應(yīng)可視化方法分析分析研究海洋數(shù)據(jù)特征,根據(jù)特征對海洋數(shù)據(jù)分類,并從數(shù)據(jù)的物理屬性特征出發(fā)將可視化數(shù)據(jù)分成標量場數(shù)據(jù)和矢量場數(shù)據(jù)兩大類,分別探析各類型海洋數(shù)據(jù)的一般可視化方法。重點分析海洋標量場數(shù)據(jù)的三維可視化方法,給出衛(wèi)星云圖三維可視化的實現(xiàn)；并分析體繪制可視化原理,為針對標量場特征的體繪制可視化算法改進奠定基礎(chǔ)。(2)面向海洋標量場特征的三維可視化算法改進分析研究現(xiàn)有海洋標量場數(shù)據(jù)特征,針對海洋數(shù)據(jù)特征改進了光線投射體繪制算法�，F(xiàn)有三維海洋數(shù)據(jù)多為深度軸向上非均勻的多剖面組成的體數(shù)據(jù),如何組織使數(shù)據(jù)與其所在實際地理深度相對應(yīng),是非均勻多剖面組成的海洋場體數(shù)據(jù)繪制時面臨的問題,且對于數(shù)據(jù)的非均勻剖面間隔的特征,在光線投射算法中采用固定采樣步長會導(dǎo)致在高分辨率數(shù)據(jù)區(qū)域不能充分采樣,在低分辨率區(qū)域重復(fù)無效采樣從而降低繪制效率。改進算法用三維紋理對體數(shù)據(jù)進行組織,基于GPU繪制方法,繪制時通過采樣點在數(shù)據(jù)外包圍盒內(nèi)的紋理坐標反算其在體紋理內(nèi)的紋理坐標,再對三維體紋理采樣,使數(shù)據(jù)與地理空間關(guān)系對應(yīng);再根據(jù)當(dāng)前采樣點所在體數(shù)據(jù)區(qū)域的剖面間隔計算采樣步長,實現(xiàn)光線投射算法的自適應(yīng)步長采樣,減少繪制計算量。(3)面向海洋標量場特征表達的體繪制傳輸函數(shù)設(shè)計由于不同的特征具有不同的數(shù)據(jù)表現(xiàn),為了使體繪制技術(shù)在海洋特征表達中真正發(fā)揮作用,必須結(jié)合不同的海洋特征研究和設(shè)計面向海洋特征體繪制的傳輸函數(shù)�；诤Ｑ髽肆繄鋈S可視化系統(tǒng)的三維可視化參數(shù)交互設(shè)置功能,合理設(shè)置體繪制傳輸函數(shù),調(diào)節(jié)控制不同數(shù)據(jù)值的顏色參數(shù),使標量場特征得以表達。(4)海洋標量場三維可視化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)基于現(xiàn)有海洋數(shù)據(jù)可視化平臺i4Ocean系統(tǒng)框架,設(shè)計并實現(xiàn)了針對海洋標量場的三維可視化系統(tǒng)。系統(tǒng)基于針對海洋三維標量場數(shù)據(jù)特征的體繪制改進算法,在三維空間中對海洋要素及其特征分布進行可視化,更直觀高效地對海洋現(xiàn)象進行表達,實現(xiàn)海洋三維標量場數(shù)據(jù)實時渲染、可視化參數(shù)的交互設(shè)置、多剖面的鼠標交互選擇及渲染、可視化效果與地形數(shù)據(jù)融合顯示等功能。
【關(guān)鍵詞】：海洋標量場 體繪制 三維可視化 自適應(yīng)采樣
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P715
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-19
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 海洋數(shù)據(jù)表達13-15
• 1.2.2 體繪制技術(shù)15-17
• 1.3 本文主要研究方法與研究目標17
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)17-19
• 2 海洋數(shù)據(jù)可視化19-27
• 2.1 海洋數(shù)據(jù)類型19-20
• 2.2 矢量場數(shù)據(jù)可視化方法20-21
• 2.3 標量場數(shù)據(jù)可視化方法21-27
• 2.3.1 二維平面可視化21-23
• 2.3.3 空間三維面繪制可視化23-26
• 2.3.4 體繪制可視化26-27
• 3 面向海洋矢量場特征的光線投射算法27-37
• 3.1 光線投射體繪制基本原理27-28
• 3.2 海洋標量場數(shù)據(jù)特征28-29
• 3.3 海洋數(shù)據(jù)組織29-30
• 3.4 數(shù)據(jù)地理坐標對應(yīng)30-31
• 3.5 基于GPU片段程序的自適應(yīng)步長采樣31-33
• 3.6 實驗結(jié)果與分析33-37
• 4 傳輸函數(shù)與數(shù)據(jù)特征表達37-40
• 4.1 暖池37-38
• 4.2 等值面38-40
• 5 海洋標量場三維可視化系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)40-49
• 5.1 i4Ocean原型系統(tǒng)基本框架結(jié)構(gòu)40-41
• 5.2 系統(tǒng)功能點設(shè)計及其實現(xiàn)41-49
• 5.2.1 基于GPU光線投射改進算法的海洋數(shù)據(jù)實時渲染41-43
• 5.2.2 傳輸函數(shù)交互設(shè)計43-46
• 5.2.3 多剖面視圖繪制46-48
• 5.2.4 地理信息疊加48-49
• 6 總結(jié)與展望49-52
• 6.1 論文總結(jié)49-50
• 6.2 工作展望50-52
• 參考文獻52-54
• 致謝54-55
• 個人簡歷55
• 發(fā)表論文與研究成果55
• 參加項目情況55

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本文編號：532311