[发明专利]基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法

说明书

本发明公开了基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法，它包括搭建3D环境，设计包含一个地球和宇宙背景的场景，将从Natural Earth获取的地图数据添加到所设计的地球上，然后从美国国家气象局操作的全球预报系统上下载天气数据，并进行解码，随后对数据进行风向快速参考、进行地转风近似求解，将矢量风投影到所设计的地球上，有限差分近似用于在插值过程期间估计该失真，最后设计交互需求，根据需要定义各种手势。本发明更加逼真地模拟了全球气候变化，增加了模型和数据的感知性和真实性，获得更高层次的信息细节，使用者不仅能够真实的感觉到研究的对象近在眼前，且还能通过手势操作研究对象，从而构建了一个直观的空间数据可视化分析环境。

技术领域

本发明涉及计算机图形学技术领域，特别是涉及基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法。

背景技术

全球气候矢量数据可视化方法为传统气象矢量数据的显示提供了另一种直观清晰的表达方式，为相关人员提供了对气候数据进行分析的便利工具。

气候数据一般有风、洋流等矢量场数据，针对三维矢量场数据，一般提供箭矢图、流图、线积分卷积等传统矢量场可视化方法，常用的还有图标法、几何法以及纹理法等。对于预报员而言，通过这些复杂的图文来获得对整个大气情况的理解是很难的。三维大气数据可视化方法，尤其是矢量数据的可视化，有设计粒子对流方法用动画表达矢量场数据，Mei HH,Chen HD,Zhao X,Liu HN,Zhu B,Chen W.Visualization system of 3D globalscale meteorological data.Ruan Jian Xue Bao/Journal of Software,2016,27(5):1140-1150(in Chinese)。本文在粒子对流方法模拟矢量风数据的同时，并且结合当前火热的VR，通过使用oculus rift DK2设备在将气象数据可视化在沉浸式虚拟环境中，并通过预先设定leap motion中手势动作的定义，增强了交互性。

Leap Motion是面向PC以及Mac的体感控制器制造公司Leap于2013年2月27日发布的体感控制器。支持Windows 7、Windows 8以及Mac OS X 10.7及10.8，Leap Motion控制器可追踪全部10只手指，精度高达1/100毫米，以超过每秒200帧的速度追踪您的手部移动。

近年来，随着虚拟现实(VR)被广泛接受，其描述为用户被三维计算机生成的表示包围的一种体验，用户能够在其中移动，从不同的角度查看它，并有能力重塑它。除了直观的交互，虚拟环境也可以允许用户的更大程度的移动。通过使用VR，数据可以变得更容易理解，记住和参考。用户操作或观察，同时沉浸，可以形成用户的叙事，从而增强召回的能力数据。用户命令和输入可以立即修改虚拟世界并描绘每个变化的影响，从而创造一个动态模型。实时交互是一个VR的关键特征，例如气象学家可以使用它来形成对气象数据的动态分析，比单独使用图表更快。VR对于进一步提高可视化数据的可读性有显著效果，大量可视化研究中采用VR，Irene Katsouri,Aimilia Tzanavari,Kyriakos Herakleous,andCharalambos Poullis.2015.Visualizing and assessing hypotheses for marinearchaeology in a VR CAVE environment.ACM J.Comput.Cult.Herit.8,2,Article10(March2015),18pages开发了一个使用VR CAVE的沉浸式3D可视化应用程序，旨在使研究人员能够挖掘这个古代沉船所提供的丰富的信息,也有对考古数据在虚拟现实环境中可视化的研究，但在虚拟现实环境中对三维大气数据可视化的研究鲜有。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法。

所述的基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：