基于WorldWind和OpenSceneGraph的三维海温动态可视化研究

摘要

随着新世纪人类在向海洋迈进步伐的加大，通过多维直观的可视化手段进行海洋问题的探索已成为人们的迫切需求。然而对于占地球大部分区域的海洋来说我们的认知还远远不够。海水温度场作为海洋要素场中非常重要的一部分，对其可视化表达的研究不仅能推进我们对海洋这个大而不规则的实体进行深入认知，而且可以显著提高我国海洋信息的可视化水平。
　　在前人所做研究的基础上，综合分析比较各种三维数据场表达方式（表面绘制方法、直接体绘制方法、混合绘制方法）的优缺点，结合本身数据的质量和格式以及业务需求，本文提出了一种新的三维数据场表达方法一“基于剖分重组的海洋温度场三维动态可视化方法”。该思路的灵感来自于医学图像二维切片的三维展示方法。在医学中，二维切片通常采用扫描或者拍照的方式获取，然后直接将切片在计算机中重组以恢复三维人体器官。本文研究数据来源于国家海洋环境预报中心测量并经由计算机数值模拟最终导出的NC格式文件，是一个抽象的规则格网数据。首先对NC格式数据分析后进行预处理，将其转换成计算机程序可读的二次数据，然后将二次数据进行不同方向的剖分，剖分后图片以PNG格式存放于以树状结构组织的文件夹中以备调用。在切片重组过程中，综合利用场景剔除、法向计算和节点回调等计算机图形学技术对重组模型进行渲染，最终实现平滑柔和的三维海温动态效果。文章最后基于剖分重组思想进行了等温水团和温跃层提取等简单的海温分析功能，验证了剖分重组的方法的可移植性。
　　本文综合利用WorldWiind平台和OpenSceneGraph三维渲染引擎，结合OsgDem和GDAL库函数，首先对裁切兴趣区域地形建立影像金字塔，然后叠加影像和DEM形成IVE格式数据，剖分温度场，最后在OSG场景中重建模型。其运行结果，基本上可以达到温度场三维动态模拟仿真效果，并初步验证了剖分重组方法在海温三维可视化中的可行性和扩展性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．4 论文章节组织结构

1．5 小结

2 基础理论

2．1 OpenSceneGraph技术

2．2 Direct3D技术

2．3 WorldWind平台

2．4 三维数据场可视化技术

2．5 三维标量场特性分析

2．6 小结

3 海洋温度场数据预处理

3．1 NetCDF格式的标量场数据

3．2 海温场数据的框架结构

3．3 数据的平滑和加密

3．4 小结

4 三维海温场的剖分与重组

4．1 兴趣区域的提取

4．2 坐标转换

4．3 影像金字塔的建立

4．4 温度场的剖分

4．5 温度场的重组

4．6 三维海温模型的渲染

4．7 小结

5 海温分析

5．1 等温水团

5．2 温度跃层

5．3 小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 不足与展望

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献