虚拟大气环境数据显示软件开发

摘要

综合自然环境包含很多领域，大气环境是其重要组成部分，具有环境因素复杂、参数多、分辨率广、数据海量等特点，以往对于大气环境数据的研究停留在建模仿真的阶段，不易对数据的分布和规律进行直观的研究。自科学计算可视化技术发展以来，研究人员通过将科学计算可视化技术应用在数据分析上，为大气环境的研究提供直观、准确的视角。目前存在的大气环境数据显示软件如Visual5D只能在软件自身上显示环境数据的属性而不能与虚拟试验或虚拟场景进行联合，在虚拟试验运行时无法同时显示环境数据，试验人员不易观察环境数据对虚拟试验的影响。本实验室前期基于MAK公司的VR-Vantage软件开发了三维场景显示软件，能对虚拟试验过程进行显示。本文在三维场景显示软件的基础上添加环境显示功能，对大气环境中的属性进行可视化，方便试验人员观测环境数据对虚拟试验的影响。
　　本文对大气数据中的环境因素如风、温度、气压、相对湿度等进行分析，根据科学计算可视化技术，采用基于图元的显示方式显示环境数据在三维空间中的整体分布。对于大气数据中如风场等矢量数据场采用矢量箭标为基本图元进行显示；对于大气数据中如温度等标量数据场采用圆点为基本图元进行显示。对于大气数据中的标量数据在二维平面上采用等值线的方式进行数据分析，对于三维空间中的标量数据采用等值面的形式进行数据分析。同时将数据映射出的点图元和等值线图元、等值面图元基于Open Scene Graph三维渲染引擎进行显示。
　　使用UML语言对虚拟大气环境数据显示软件进行设计，包括进行需求分析、模型设计等。在三维场景显示软件的基础上添加数据读取功能、绘制属性配置功能、等值线追踪功能、等值面构建功能和图元绘制功能，支持用户配置显示属性并对各种数据的显示。
　　最后在H-TENA试验支撑体系结构中，对虚拟大气环境数据显示软件进行功能测试，测试结果表明软件运行正常，能够根据用户设置的属性对环境数据进行直接显示、等值线显示和等值面显示等，软件界面友好，运行可靠。

目录

第1章 绪论

1. 1课题研究背景及目的意义

1. 2国内外研究发展及现状

1.2.1 大气环境数据研究发展与现状

1.2.2 科学计算可视化研究现状及分析

1.2.3 大气环境显示相关的软件

1. 3课题主要研究内容

第2章 环境数据可视化方法研究

2. 1大气环境数据分析

2.1.1 大气环境数据的特点

2.1.2 大气环境数据的分类和表示形式

2. 2科学计算可视化理论分析

2.2.1 矢量场可视化技术分析

2.2.2 标量场可视化技术分析

2. 3等值线绘制技术研究

2.3.1 等值线绘制技术的基本原理

2.3.2 规则矩形网格等值线的追踪技术研究

2. 4等值面绘制技术研究

2.4.1 等值面绘制技术的基本原理

2.4.2 基于MC算法的等值面追踪技术研究

2.5基于Open Scene Graph的图元绘制技术研究

2. 6本章小结

第3章 虚拟大气环境数据显示软件设计

3. 1需求分析

3.1.1 功能需求

3.1.2 用例分析

3. 2软件设计

3.2.1 静态模型设计

3.2.2 动态模型设计

3.2.3 主要界面设计

3. 3本章小结

第4章 功能测试与应用验证

4. 1功能测试

4.1.1 大气环境数据显示软件功能测试

4.1.2 基于图元的直接绘制功能测试

4.1.3 等值线绘制功能测试

4.1.4 等值面绘制功能测试

4. 2本章小结

结论

参考文献

声明

致谢