[发明专利]一种大规模海洋洋流数据的网络传输及可视化方法

说明书

本发明涉及一种大规模海洋洋流数据的网络传输及可视化方法。为了应对海洋科学数据可视化系统数据传输和可视化过程中洋流数据规模大、实时性要求高的问题，本发明巧妙地将各个时间点的海洋洋流信息分别编码为一幅幅图像，并利用视频压缩技术将图像转化为WebM视频格式，客户端将接收的视频流数据进行解析重构，并采用WebGL技术在浏览器实现洋流动态可视化渲染。本发明将大规模洋流数据可视化的问题简化为视频转换和解析问题,可以在客户端实现在线的边下边播功能，无需等待大规模完整的海洋洋流数据传输完毕即可进行可视化展示，并且传输速度和可视化效率数倍于图片、Json格式等，大大降低了对客户端设备计算能力和存储能力的要求。

技术领域

本发明涉及一种大规模海洋洋流数据的网络传输及其可视化方法，尤其是洋流随时间的动态变化模拟。

背景技术

海洋洋流可视化对于直观分析海洋环境变化等有重要意义，但洋流数据包含经纬度位置、时间、流向、流速等多维数据信息，规模大、变换快，可视化渲染比较困难。

当前洋流可视化主要是C/S模式单机版软件，基于OpenGL或者C++，安装维护较困难，不利于数据的分享和传播。少许Web应用实现了基于浏览器的洋流可视化，但一般都需要安装插件，配置比较繁琐。另外，海洋洋流数据规模较大(可能达到TB级)，一般应用需要将完整数据传输完成后才能解析渲染,实时性没有达到要求。

因此，当前洋流数据可视化面临的两大问题主要是基于网络的大规模数据传输难以达到实时性要求和客户端浏览器的配置比较繁琐。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题,本发明提供了一种大规模海洋洋流数据的网络传输及其可视化方法，尤其是洋流随时间的动态变化模拟，实现了网络环境中海量多维洋流数据的实时动态可视化。本发明巧妙地将各个时间点的海洋洋流信息分别编码为一幅幅图像，并利用视频压缩技术将图像转化为WebM视频格式，客户端将接收的视频流数据进行解析重构，并采用WebGL技术在浏览器实现洋流动态可视化渲染。本发明将大规模洋流数据可视化的问题简化为视频转换和解析问题,可以在客户端实现在线的边下边播功能，无需等待大规模完整的海洋洋流数据传输完毕即可进行可视化展示，并且传输速度和可视化效率远大于图片格式、json文本格式等，大大降低了对客户端设备计算能力和存储能力的要求。

为实现上述发明目的,本发明采用了如下技术方案：

一种大规模海洋洋流数据的网络传输及其可视化方法,包括步骤：

S101、在服务器端，为了整体减少响应时间，首先要对时间序列的海洋数据进行预处理，海洋数据一般都是多维方式存储，如果记录了一个海洋要素比如海表温度，保存为四维格式(经度、维度、时间、温度数值)，记录了一定区域、一定时间内海洋表面温度的变化。如果记录了两个海洋要素比如洋流数据，保存为5维结构(经度、维度、时间、U方向流速、V方向流速)，U方向流速、V方向流速组合成为洋流实际的流速和方向，这样就记录了一定空间范围、一定时间内海洋洋流的变化。

数据预处理过程包括两个个步骤：(1)降维操作,将多维海洋数据分解为二维网格数据，其中每个数据点包括了海洋要素变量信息。(2)采用一种线性变换的方法，将二维网格中的数据值变换到RGB图像颜色空间，即将记录了某一时间点海洋要素信息的二维数据网格转换为一幅RGB彩色图像，一段时间内的海洋数据可按照时间顺序转换为一系列的相应的彩色图像。

S102、采用视频编码技术，将预处理和重构之后时间序列的彩色图像形式的海洋数据重新编码为适合在网络环境中传输的WebM格式。

S103、客户端向服务器发送数据请求，视频格式的海洋数据通过网络应用程序以视频流方式传输到客户端。客户端将接收到的WebM格式海洋数据进行解析并还原为多维空间数据，并基于GPU在浏览器渲染，实现洋流数据的动态渲染和可视化。

其中,步骤S101具体包括：