[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

摘要

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。

主权项

1.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：步骤1)搭建3D环境，设计一个场景并根据球面体绘制方法构造一个球形代理几何；步骤2)获取由Natural Earth提供的地图数据，并对地图数据进行预处理，再绘制到步骤1)设计场景中的球体上；步骤3)获取由美国国家气象局操作的全球预报系统生成的天气数据，并对天气数据进行预处理，预测每天生成四次，可从NOMADS下载，这些文件是GRIB2格式，包含超过300条记录；步骤4)对步骤3)中的数据进行风向快速参考，用于转换向量风分量、风速和风向；步骤5)对经步骤4)处理后获得转换后的向量风分量再进行地转风近似求解；步骤6)将步骤5)处理后的数据投影到步骤2)的球体上；投影方法如下：采用双线性内插先在x轴上执行线性插值，然后再在y轴上执行线性插值，尽管每个步骤在采样值和位置中是线性的，但是内插作为整体不是线性的，而是在采样位置的二次方，为了获取函数f在点(x，y)上的值，已知四个点Q₁₁＝(x₁，y₁)，Q₁₂＝(x₁，y₂)，Q₂₁＝(x₂，y₁)和Q₂₂＝(x₂，y₂)的f的值，首先在x方向进行线性插值，产生：再通过在y方向上内插来获得期望的估计：步骤7)有限差分近似用于在步骤6)插值过程期间估计失真，确保风粒子路径被正确渲染，得到可视化结果；步骤8)交互设计，根据需求采用手势交互技术定义各种操作手势，实现全球气候矢量场数据可视化，操作手势包括水平竖直移动、旋转、放大及缩小。