一種海洋環境信息三維可視化方法技術

本發明專利技術公開了一種海洋環境信息三維可視化方法，屬于三維可視化技術領域，包括：步驟一：三維地球模型的構建；步驟二海洋環境信息數據的三維可視化實現。其中步驟一包括數據預處理、數據分層分塊和三維地球模型的生成三個步驟。步驟二包括海洋環境信息數據預處理、三維圖像的繪制以及三維圖像的顯示三個步驟。本發明專利技術利用可視化技術實現了海洋環境信息的三維可視化，構建了三維地球模型，為海洋環境信息生動、形象地表達提供了宏觀的背景場。且本發明專利技術結合海洋環境信息的特點，針對不同類型的海洋環境要素，設計了不同的三維可視化方法。使海洋環境信息更加形象、逼真地展示出來，有利于業務人員進行直觀地分析，更好地利用海洋環境信息。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于三維可視化
，特別涉及ー種以三維地球模型為背景場，實現海洋環境信息三維可視化的方法。
技術介紹
近年來，隨著對海洋開發的重視，各種新的技術和手段被用于海洋觀測與數據獲取，由此積累了大量的海洋環境信息數據。如何有效地利用海洋環境信息已經成為ー個重要的研究課題，而如何直觀、形象地表達海洋環境信息及其變化趨勢成為研究的焦點。伴隨著在海洋開發過程中人們日益多祥化的海量信息需求，原有的ニ維海洋環境 信息已經日漸不能滿足實際生產研究的需要。快速、高效的數據模型，流暢、逼真的三維場景渲染方式，日益成為海洋環境信息表達的ー種趨勢。隨著計算機技術的發展，三維可視化技術已廣泛應用于各個領域。三維可視化技術可以將真實的三維信息還原到三維場景中，逼真再現實際場景中的信息，使人們更加清楚地從宏觀上認識事物。目前，三維可視化技術在海洋環境信息方面雖有ー些應用，但還處于初級層次，還沒有專利對海洋環境信息的三維可視化進行研究，董文等在文獻《基于球體的海洋標量場要素的三維可視化技術研究》中，只是研究了在球體上實現海洋標量場要素的三維可視化，而沒有考慮矢量場要素的三維可視化。
技術實現思路
本專利技術公開了ー種海洋環境信息三維可視化方法，該方法以三維地球模型為背景場，將不同類型的海洋環境要素以不同的繪制方法進行繪制并顯示出來，從而實現海洋環境信息生動、形象地表達。本專利技術提出ー種海洋環境信息三維可視化方法，該方法包括以下步驟步驟ー三維地球模型的構建；(I)數據預處理在構建三維地球模型之前，需要對高程數據和影像數據進行預處理，包括高程數據和影像數據的數據格式轉換和坐標系轉化I)數據格式轉換利用Geospatial Data Abstraction Library庫完成把高程數據和影像數據轉換成柵格數據；2)坐標系轉化利用ERDAS軟件對轉換為柵格數據后的影像數據重新定位坐標系統，將轉換為柵格數據后的影像數據的坐標系統轉化為與轉換為柵格數據后的高程數據相一致的坐標系統；(2)數據分層分塊構建三維地球模型時，利用細節層次技術建立同一地區的多分辨率金字塔結構模型，繪制場景時，在滿足精度要求的前提下，根據視點的變化，動態調度不同分辨率的高程數據和影像數據，通過構建金字塔模型，直接從不同層調用不同分辨率的高程數據和影像數據，避免實時重采樣的時間，具體為金字塔的最底層包含一個瓦片，為ー個地形単元，其頂點的行、列數為64X64，該層地形表達的信息量最小，精細度最低，第I層在第O層的基礎上分為4個瓦片，每個瓦片的頂點行、列數仍為64X64，因此整個地形區域內第I層的瓦片數為第O層瓦片數的四倍，分辨率變為第O層的2倍，以此類推，第n+1層所含瓦片數為第η層瓦片數的4倍，分辨率為第η層的2倍，從而高程數據和影像數據變為四叉樹結構的多分辨率分層數據；(3)三維地球模型的生成利用分層分塊處理后的多分辨率分層數據，應用建模技術來構建三維地球模型，并按照層級關系命名三維地球模型文件，建立有效索引機制，便于高程數據和影像數據的動態加載，實現過程是從第O層開始，以瓦片(tile)為單位，通過構建不規則三角網來創 建三維地球模型，具體構建方法如下取瓦片內任意相鄰的、可構成矩形的四個頂點A、B、C、D，行列序號分別為(r，c)、(r, c+1)、(r+1, c)、(r+1, c+1)，其中r代表頂點的行號，c代表頂點的列號，分別計算AD、BC之間的高差，若AD之間高差較大，則連接A、D兩點，構成ACD、ABD兩個三角形，若BC之間高差較大，則連接B、C兩點，構成BAC、BDC兩個三角形，該瓦片內其他頂點也按照此方法依次構建三角形，直到所有頂點構建完為止，其他各層按照第O層的構建方法依次構建不規則三角網，實現三維地球模型的構建；構建好的三維地球模型以ニ進制ive的文件格式存儲到硬盤上，對同一層的多個ive格式的三維地球模型文件按照File_L_X_Y的命名規則進行命名，其中File為目標索引文件名；L為高程數據和影像數據所在的金字塔模型層數；X為三維地球模型文件在該層中的行號；Y為三維地球模型文件在該層中的列號，利用三維渲染引擎OSG加載生成的三維地球模型文件，實現三維地球模型的顯示；步驟ニ海洋環境信息數據的三維可視化實現在建立的三維地球模型的基礎上，根據不同類型的海洋環境要素，設計不同的繪制方法進行繪制并顯示出來，實現在三維球體上生動、形象地展示海洋環境信息，具體步驟如下( I)海洋環境信息數據預處理根據查詢區域的不同，對海洋環境信息數據分為兩種情況處理，一種是對分布密集的海洋環境信息數據，在不影響可視化效果的前提下，按照一定的經緯度范圍加以精煉和選擇，以減少數據量；當數據分布過分稀疏而影響可視化的效果時，對其進行有效的插值處理采用反距離權重插值法進行處理，插值公式為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種海洋環境信息三維可視化方法，其特征在于：包括以下幾個步驟：步驟一：三維地球模型的構建；（1）數據預處理在構建三維地球模型之前，需要對高程數據和影像數據進行預處理，包括高程數據和影像數據的數據格式轉換和坐標系轉化：1)數據格式轉換利用Geospatial？Data？Abstraction？Library庫完成把高程數據和影像數據轉換成柵格數據；2)坐標系轉化利用ERDAS軟件對轉換為柵格數據后的影像數據重新定位坐標系統，將轉換為柵格數據后的影像數據的坐標系統轉化為與轉換為柵格數據后的高程數據相一致的坐標系統；（2）數據分層分塊構建三維地球模型時，利用細節層次技術建立同一地區的多分辨率金字塔結構模型，繪制場景時，在滿足精度要求的前提下，根據視點的變化，動態調度不同分辨率的高程數據和影像數據，通過構建金字塔模型，直接從不同層調用不同分辨率的高程數據和影像數據，避免實時重采樣的時間，具體為：金字塔的最底層包含一個瓦片，為一個地形單元，其頂點的行、列數為64×64，該層地形表達的信息量最小，精細度最低，第1層在第0層的基礎上分為4個瓦片，每個瓦片的頂點行、列數仍為64×64，因此整個地形區域內第1層的瓦片數為第0層瓦片數的四倍，分辨率變為第0層的2倍，以此類推，第n+l層所含瓦片數為第n層瓦片數的4倍，分辨率為第n層的2倍，從而高程數據和影像數據變為四叉樹結構的多分辨率分層數據；（3）三維地球模型的生成利用分層分塊處理后的多分辨率分層數據，應用建模技術來構建三維地球模型，并按照層級關系命名三維地球模型文件，建立有效索引機制，便于高程數據和影像數據的動態加載，實現過程是：從第0層開始，以瓦片(tile)為單位，通過構建不規則三角網來創建三維地球模型，具體構建方法如下:取瓦片內任意相鄰的、可構成矩形的四個頂點A、B、C、D，行列序號分別為(r,c)、(r,c+1)、(r+1,c)、(r+l,c+l)，其中r代表頂點的行號，c代表頂點的列號，分別計算AD、BC之間的高差，若AD之間高差較大，則連接A、D兩點，構成ACD、ABD兩個三角形，若BC之間高差較大，則連接B、C兩點，構成BAC、BDC兩個三角形，該瓦片內其他頂點也按照此方法依次構建三角形，直到所有頂點構建完為止，其他各層按照第0層的構建方法依次構建不 規則三角網，實現三維地球模型的構建；構建好的三維地球模型以二進制ive的文件格式存儲到硬盤上，對同一層的多個ive格式的三維地球模型文件按照File_L_X_Y的命名規則進行命名，其中File為目標索引文件名；L為高程數據和影像數據所在的金字塔模型層數；X為三維地球模型文件在該層中的行號；Y為三維地球模型文件在該層中的列號，利用三維渲染引擎OSG加載生成的三維地球模型文件，實現三維地球模型的顯示；步驟二海洋環境信息數據的三維可視化實現在建立的三維地球模型的基礎上，根據不同類型的海洋環境要素，設計不同的繪制方法進行繪制并顯示出來，實現在三維球體上生動、形象地展示海洋環境信息，具體步驟如下：（1）海洋環境信息數據預處理根據查詢區域的不同，對海洋環境信息數據分為兩種情況處理，一種是對分布密集的海洋環境信息數據，在不影響可視化效果的前提下，按照一定的經緯度范圍加以精煉和選擇，以減少數據量；當數據分布過分稀疏而影響可視化的效果時，對其進行有效的插值處理采用反距離權重插值法進行處理，插值公式為：zp=[Σi=1nzidik]/[Σi=1n1dik]其中zp為內插點p的估計值，zi為采樣點i的統計值，di為采樣點i與內插點p之間的距離，n為鄰近的采樣點數目，k為指定的冪數；（2）三維圖像的繪制對于屬于標量場數據采用偽彩色法進行繪制；對于屬于矢量場數據采用箭頭表示法進行繪制：1）屬于標量場數據的可視化對于屬于標量場數據采用偽彩色法進行繪制，在顏色和海洋環境信息數據之間建立一種映射關系，用不同的顏色來表示不同數值的海洋環境信息數據；2）屬于矢量場數據的可視化由于矢量場數據既有大小，又有方向，為了表達出屬于矢量場的海洋環境信息數據的信息，采用箭頭表示法進行繪制；（3）三維圖像的顯示將繪制好的海洋環境信息數據的三維圖像顯示在以三維地球模型為背景的場景中，實現海洋環境信息展示，繪制的海洋環境信息數據的三維圖像經過坐標變換顯示在屏幕上，具體為：1）模型變換：通過模型視圖矩陣將繪制的海洋環境信息數據的三維圖像正確地放置在以三維地球模型為背景的場景中；2）投影變換：利用投影矩陣將以三維地球模型為背景的場景中繪制的海洋環境信息數據的三維圖像投影到垂直于視線方向的二維成像平面上，從而得到設備坐標；3）視口變換：通過視口變換矩陣將投影變換之后得到的設備坐標轉換為窗口坐標，最終使圖像在屏幕上顯示。...

【技術特征摘要】
1.ー種海洋環境信息三維可視化方法，其特征在于包括以下幾個步驟步驟ー三維地球模型的構建；(1)數據預處理在構建三維地球模型之前，需要對高程數據和影像數據進行預處理，包括高程數據和影像數據的數據格式轉換和坐標系轉化1)數據格式轉換利用Geospatial Data Abstraction Library庫完成把高程數據和影像數據轉換成柵格數據；2)坐標系轉化 利用ERDAS軟件對轉換為柵格數據后的影像數據重新定位坐標系統，將轉換為柵格數據后的影像數據的坐標系統轉化為與轉換為柵格數據后的高程數據相一致的坐標系統；(2)數據分層分塊構建三維地球模型時，利用細節層次技術建立同一地區的多分辨率金字塔結構模型，繪制場景時，在滿足精度要求的前提下，根據視點的變化，動態調度不同分辨率的高程數據和影像數據，通過構建金字塔模型，直接從不同層調用不同分辨率的高程數據和影像數據，避免實時重采樣的時間，具體為金字塔的最底層包含一個瓦片，為ー個地形単元，其頂點的行、列數為64X64，該層地形表達的信息量最小，精細度最低，第I層在第O層的基礎上分為4個瓦片，每個瓦片的頂點行、列數仍為64X64，因此整個地形區域內第I層的瓦片數為第O層瓦片數的四倍，分辨率變為第O層的2倍，以此類推，第n+1層所含瓦片數為第η層瓦片數的4倍，分辨率為第η層的2倍，從而高程數據和影像數據變為四叉樹結構的多分辨率分層數據；(3)三維地球模型的生成利用分層分塊處理后的多分辨率分層數據，應用建模技術來構建三維地球模型，并按照層級關系命名三維地球模型文件，建立有效索引機制，便于高程數據和影像數據的動態加載，實現過程是從第O層開始，以瓦片(tile)為單位，通過構建不規則三角網來創建三維地球模型，具體構建方法如下取瓦片內任意相鄰的、可構成矩形的四個頂點A、B、C、D，行列序號分別為(r，c)、(r, c+1)、(r+1, c)、(r+1, c+1)，其中r代表頂點的行號，c代表頂點的列號，分別計算AD、BC之間的高差，若AD之間高差較大，則連接A、D兩點，構成ACD、ABD兩個三角形，若BC之間高差較大，則連接B、C兩點，構成BAC、BDC兩個三角形，該瓦片內其他頂點...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉廠，賈韌峰，趙玉新，沈志峰，高峰，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：