[发明专利]一种海洋环境信息三维可视化方法

说明书

技术领域

本发明属于三维可视化技术领域，特别涉及一种以三维地球模型为背景场，实现海洋环境信息三维可视化的方法。

背景技术

近年来，随着对海洋开发的重视，各种新的技术和手段被用于海洋观测与数据获取，由此积累了大量的海洋环境信息数据。如何有效地利用海洋环境信息已经成为一个重要的研究课题，而如何直观、形象地表达海洋环境信息及其变化趋势成为研究的焦点。

伴随着在海洋开发过程中人们日益多样化的海量信息需求，原有的二维海洋环境信息已经日渐不能满足实际生产研究的需要。快速、高效的数据模型，流畅、逼真的三维场景渲染方式，日益成为海洋环境信息表达的一种趋势。

随着计算机技术的发展，三维可视化技术已广泛应用于各个领域。三维可视化技术可以将真实的三维信息还原到三维场景中，逼真再现实际场景中的信息，使人们更加清楚地从宏观上认识事物。目前，三维可视化技术在海洋环境信息方面虽有一些应用，但还处于初级层次，还没有专利对海洋环境信息的三维可视化进行研究，董文等在文献《基于球体的海洋标量场要素的三维可视化技术研究》中，只是研究了在球体上实现海洋标量场要素的三维可视化，而没有考虑矢量场要素的三维可视化。

发明内容

本发明公开了一种海洋环境信息三维可视化方法，该方法以三维地球模型为背景场，将不同类型的海洋环境要素以不同的绘制方法进行绘制并显示出来，从而实现海洋环境信息生动、形象地表达。

本发明提出一种海洋环境信息三维可视化方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：三维地球模型的构建；

（1）数据预处理

在构建三维地球模型之前，需要对高程数据和影像数据进行预处理，包括高程数据和影像数据的数据格式转换和坐标系转化：

1)数据格式转换

利用Geospatial Data Abstraction Library库完成把高程数据和影像数据转换成栅格数据；

2)坐标系转化

利用ERDAS软件对转换为栅格数据后的影像数据重新定位坐标系统，将转换为栅格数据后的影像数据的坐标系统转化为与转换为栅格数据后的高程数据相一致的坐标系统；

（2）数据分层分块

构建三维地球模型时，利用细节层次技术建立同一地区的多分辨率金字塔结构模型，绘制场景时，在满足精度要求的前提下，根据视点的变化，动态调度不同分辨率的高程数据和影像数据，通过构建金字塔模型，直接从不同层调用不同分辨率的高程数据和影像数据，避免实时重采样的时间，具体为：

金字塔的最底层包含一个瓦片，为一个地形单元，其顶点的行、列数为64×64，该层地形表达的信息量最小，精细度最低，第1层在第0层的基础上分为4个瓦片，每个瓦片的顶点行、列数仍为64×64，因此整个地形区域内第1层的瓦片数为第0层瓦片数的四倍，分辨率变为第0层的2倍，以此类推，第n+l层所含瓦片数为第n层瓦片数的4倍，分辨率为第n层的2倍，从而高程数据和影像数据变为四叉树结构的多分辨率分层数据；

（3）三维地球模型的生成

利用分层分块处理后的多分辨率分层数据，应用建模技术来构建三维地球模型，并按照层级关系命名三维地球模型文件，建立有效索引机制，便于高程数据和影像数据的动态加载，实现过程是：从第0层开始，以瓦片(tile)为单位，通过构建不规则三角网来创建三维地球模型，具体构建方法如下:

取瓦片内任意相邻的、可构成矩形的四个顶点A、B、C、D，行列序号分别为(r,c)、(r,c+1)、(r+1,c)、(r+l,c+l)，其中r代表顶点的行号，c代表顶点的列号，分别计算AD、BC之间的高差，若AD之间高差较大，则连接A、D两点，构成ACD、ABD两个三角形，若BC之间高差较大，则连接B、C两点，构成BAC、BDC两个三角形，该瓦片内其他顶点也按照此方法依次构建三角形，直到所有顶点构建完为止，其他各层按照第0层的构建方法依次构建不规则三角网，实现三维地球模型的构建；

构建好的三维地球模型以二进制ive的文件格式存储到硬盘上，对同一层的多个ive格式的三维地球模型文件按照File_L_X_Y的命名规则进行命名，其中File为目标索引文件名；L为高程数据和影像数据所在的金字塔模型层数；X为三维地球模型文件在该层中的行号；Y为三维地球模型文件在该层中的列号，利用三维渲染引擎OSG加载生成的三维地球模型文件，实现三维地球模型的显示；

步骤二海洋环境信息数据的三维可视化实现