基于OSG的全球海表温度数据三维可视化研究与实现

摘要

全球气候变化是当今地球频繁发生各种自然灾害的原因之一，而占地球表面积71%的海洋温度变化对全球气候有着更加直接的影响，所以越来越多的科研人员对全球海表温度进行深入的研究。随着科学技术的发展，当今社会已进入大数据时代，数据量的增加使得海洋数据朝信息化方向发展，传统的二维地理信息系统（GIS）已不能够满足人们对信息分析处理的需求；针对高效、快速的海洋环境数据模型，三维场景渲染可以实时、流畅、逼真地将海洋环境数据进行可视化的表达。因此，三维可视化技术成为了海洋环境信息表达的一种趋势。
　　本文在三维渲染引擎OpenSceneGraph（OSG）的基础上，以全球海表温度数据为研究对象，采用Visual C++语言开发，结合了GDAL、NetCDF等开发库，自主设计了海洋环境三维可视化应用系统，为全球海表温度信息提供了从数据组织、可视化表达、交互操作等方面进行分析处理的平台。论文的研究内容如下：
　　1．深入学习研究了OSG三维渲染引擎，通过场景构建、渲染机制、处理机制等方法来实现对场景的三维渲染，同时结合了MFC图形界面开发库构建出以状态栏来控制渲染信息的表达及反馈的友好交互界面，最终实现良好人机交互的三维开发平台。
　　2．掌握了基于NetCDF数据模型的海洋环境数据，针对其存储方式，以一系列二维数组的形式将全球海表温度数据进行存储，从而实现数据的高效存取。
　　3．详细介绍了全球海表温度数据的三维动态可视化的过程，其中包括了数据的处理、细节层次技术、场景裁剪技术、分块调度技术等可视化的关键技术以及采用颜色映射、等值线等绘制方法实现全球海表温度数据可视化表达；采用坐标变换的方法将二维纹理紧密的贴合在三维地球上，实现三维可视化。为了实现动态的表达效果，通过对时间轴的控制，为用户提供友好的交互手段。
　　4．设计开发了海表温度数据的动态可视化系统，该系统集成MFC和OSG框架体系，实现了一个动态、可交互的全球海表温度数据的可视化表达。
　　实验结果表明，本文所采用的方法可以实现全球海表温度的动态可视化表达。同时，也可以为科研人员研究其他海洋环境要素变化及不同要素之间的逻辑关系研究提供一个直观、友好的可视化平台。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 课题研究内容

2 三维可视化渲染引擎

2.1 三维可视化软件介绍

2.2 OpenSceneGraph三维渲染引擎

2.3 OSG与MFC相结合的三维可视化平台

2.4 本章小结

3 基于NetCDF的海洋环境数据组织

3.1 NetCDF概述

3.2 NetCDF数据格式

3.3 NetCDF数据存储

3.4 本章小结

4 海洋环境数据的三维动态可视化

4.1 可视化关键技术

4.2 海洋数据可视化

4.3 三维球体坐标转换

4.4 交互式动态表达

4.5 本章小结

5 三维可视化系统的设计与实现

5.1 系统开发环境

5.2 系统可视化球体构建

5.3 系统框架设计

5.4 系统功能设计与实现

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

在学研究成果

致谢