空气污染数据可视化方法研究及可视化系统实现

摘要

随着信技术的不断发展，信息采集，信息探测技术不断进步，我们获得的信息也越来越复杂、抽像，对这些信息之间关系的研究，促使了信息可视化这一学科的出现，它结合了人机交互技术、数字图像处理技术、数据挖掘技术、图形学、计算几何等诸多学科和领域的理论和方法。信息可视化主要是对没有几何属性的复杂而抽象的信息进行处理，揭示信息之间的关系和信息中隐藏的特征。近几十年来，无论是工业界还是学术界，信息可视化都引起了人们的广泛关注，技术也有了很大的发展。但是，随着研究的深入和人们对可视化效果要求的不断提高，信息可视化研究仍然面临着很多挑战。
　　 当空气污染物排放到空气中时，主要以烟雾的形式存在，户外景物笼罩在烟雾中，观察效果发生改变，而且不同浓度的烟雾对场景的影响效果不同，用图形学的方法对烟雾及场景进行渲染可以提高渲染场景的真实性。烟雾作为一种参与介质在图像渲染中存在着一定的挑战性，但这种图像处理在空气污染物信息可视化中起着非常重要的作用。
　　 本文提出了一种新的基于图像处理的空气污染数据可视化方法，并与其他一些可视化方法进行了比较。空气污染物排放到空中后可以形成烟雾，户外景物在烟雾的笼罩下，显示效果会发生明显改变。为了实现逼真的效果，我们首先对传感器得到的污染物浓度数据进行处理，将污染物浓度信息转换为颜色值，为了使空气污染物颜色分布趋于合理，我们对颜色信息进行了一次空间域增强处理，并根据颜色信息建立插值曲面，由离散数据点的浓度信息得到连续空间中污染物的颜色信息，并在卫星图像上根据曲面上的点对应值对每个像素进行处理，能够模拟出场景中复杂的污染物形态对图像的影响。
　　 通过实验，我们发现此方法不仅能够获得较好的可视化效果，而且计算比较简单，本文最终目标是实现一个海量数据的远程交互可视化系统，因此此方法要支持网络应用。另外随着GPU技术的快速发展，大规模场景的快速绘制问题基本得到了解决，另一方面，随着信息数字化的到来，“数字地球”、“数字城市”、“数字小区”等概念相继提出，传统的GIS服务正逐步走向网络化，表现形式由二维向三维发展。使在互联网上实现大规模动态场景中海量数据的远程可视化成为可能，但我们亟需研究大规模动态场景中海量数据的远程交互可视化的关键理论与技术，主要包括大规模动态场景和对象的远程交互可视化系统架构、动态海量数据的快速建模和绘制技术，以及大幅纹理快速生成算法等方法和技术。