[发明专利]一种海洋环境信息三维可视化方法

摘要

本发明公开了一种海洋环境信息三维可视化方法，属于三维可视化技术领域，包括：步骤一：三维地球模型的构建；步骤二海洋环境信息数据的三维可视化实现。其中步骤一包括数据预处理、数据分层分块和三维地球模型的生成三个步骤。步骤二包括海洋环境信息数据预处理、三维图像的绘制以及三维图像的显示三个步骤。本发明利用可视化技术实现了海洋环境信息的三维可视化，构建了三维地球模型，为海洋环境信息生动、形象地表达提供了宏观的背景场。且本发明结合海洋环境信息的特点，针对不同类型的海洋环境要素，设计了不同的三维可视化方法。使海洋环境信息更加形象、逼真地展示出来，有利于业务人员进行直观地分析，更好地利用海洋环境信息。

主权项

一种海洋环境信息三维可视化方法，其特征在于：包括以下几个步骤：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在建立的三维地球模型的基础上，根据不同类型的海洋环境要素，设计不同的绘制方法进行绘制并显示出来，实现在三维球体上生动、形象地展示海洋环境信息，具体步骤如下：（1）海洋环境信息数据预处理根据查询区域的不同，对海洋环境信息数据分为两种情况处理，一种是对分布密集的海洋环境信息数据，在不影响可视化效果的前提下，按照一定的经纬度范围加以精炼和选择，以减少数据量；当数据分布过分稀疏而影响可视化的效果时，对其进行有效的插值处理采用反距离权重插值法进行处理，插值公式为： z p = [ Σ i = 1 n z i d i k ] / [ Σ i = 1 n 1 d i k ] 其中zp为内插点p的估计值，zi为采样点i的统计值，di为采样点i与内插点p之间的距离，n为邻近的采样点数目，k为指定的幂数；（2）三维图像的绘制对于属于标量场数据采用伪彩色法进行绘制；对于属于矢量场数据采用箭头表示法进行绘制：1）属于标量场数据的可视化对于属于标量场数据采用伪彩色法进行绘制，在颜色和海洋环境信息数据之间建立一种映射关系，用不同的颜色来表示不同数值的海洋环境信息数据；2）属于矢量场数据的可视化由于矢量场数据既有大小，又有方向，为了表达出属于矢量场的海洋环境信息数据的信息，采用箭头表示法进行绘制；（3）三维图像的显示将绘制好的海洋环境信息数据的三维图像显示在以三维地球模型为背景的场景中，实现海洋环境信息展示，绘制的海洋环境信息数据的三维图像经过坐标变换显示在屏幕上，具体为：1）模型变换：通过模型视图矩阵将绘制的海洋环境信息数据的三维图像正确地放置在以三维地球模型为背景的场景中；2）投影变换：利用投影矩阵将以三维地球模型为背景的场景中绘制的海洋环境信息数据的三维图像投影到垂直于视线方向的二维成像平面上，从而得到设备坐标；3）视口变换：通过视口变换矩阵将投影变换之后得到的设备坐标转换为窗口坐标，最终使图像在屏幕上显示。