结合地理信息的气象数据可视化平台设计与实现

摘要

近些年来，随着计算机与计算技术的飞速发展，数据观测和采集仪器的进步，生成了大量的气象数据，怎样充分使用这些数据进行更好的气象预报是气象工作者的一个非常具有挑战性的课题。将科学数据可视化的技术应用到气象领域，使得原本复杂、海量、晦涩的数据转变成直观的二维和三维可视化结果，有效帮助气象工作者分析气象数据和在短时间做出准确的判断。因此开发出一款面向气象数据的可视化平台具有极大的价值和意义。
　　 本文以OpenGL和GLSL为基础，Qt为开发框架，开发了一个结合地理信息的三维数值大气数据可视化平台。平台的基础是基于地理信息的三维虚拟环境的快速构建和建模，在此之上的三维数值大气数据的可视化提供了全球尺度的大气信息（如温度、湿度、风场、云等）的直观呈现。此外，平台还支持气象数据的常规处理和操作，包括数据等值线和等值面的抽取和绘制，三维数据的直接体绘制，切面绘制，多种不同绘制物体的混合绘制以及矢量场数据的各种绘制方法。通过用户的一些交互可以选取对全局或者局部数据操作，为用户提供了良好的交互方式。
　　 本系统基于模块和插件式的设计和开发，支持多平台且易于扩展，为未来工作打下坚实的基础。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究发展趋势

1．3 本文工作

1．4 章节安排

第2章 背景介绍

2．1 GIS数据

2．1．1 卫星影像数据

2．1．2 地形数据

2．2 常用大气数据格式

2．3 气象数据类型及可视化方法

2．4 相关地空环境可视化分析软件

2．5 本章小结

第3章 地理信息表达和可视化

3．1 地理信息可视化概述

3．1．1 三维地形表示方法

3．2 系统架构和实现

3．3 GIS地形数据三维可视化主要算法

3．3．1 大规模地形多分辨率模型

3．3．2 大规模地形视点相关实时绘制

3．4 基于实时网络传输的绘制

3．5 实验结果及分析

3．6 本章小结

第4章 三维气象数据表达和可视化

4．1 坐标映射

4．2 等值线

4．3 等值面

4．4 基于球体的直接体绘制

4．4．1 体绘制分类

4．4．2 体绘制流程

4．4．3 算法实现

4．4．4 基于球体代理几何的体绘制

4．5 基于体数据的切面绘制

4．6 矢量场数据可视化

4．6．1 图标法

4．6．2 几何法

4．6．3 纹理法

4．7 本章小结

第5章 系统设计和实验结果

5．1 功能设计

5．2 技术路线

5．3 架构设计

5．4 结果分析

5．4．1 温度场

5．4．2 云场

5．4．3 洋流

5．5 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢