基于全球再分析海流产品可视化技术研究

发布时间：2020-04-04 23:15

【摘要】：随着海洋科学研究和地球科学研究的发展,每天都会产生大量的科学数据,对这些数据进行可视化研究对于海洋开发、渔业捕捞、海洋航运、海洋国防具有重大意义。本文基于“全球高分辨率海洋再分析产品应用示范”课题中的海流数据可视化目的进行展开,对于流线可视化中尽量多地表现流线特征和流线结果清晰两个对立的优点进行研究,最后提出一种基于度量标准的流线可视化方法。首先,介绍了本课题研究海流可视化的目的与意义,对于国内外的矢量场可视化和海流可视化研究现状进行了分析与总结,并结合全球再分析海流数据具有数据量大的特点,提出设计再分析海流可视化系统。其次,对于基于点图标的矢量可视化、基于几何的矢量可视化、基于纹理的矢量可视化和基于特征的矢量可视化的优缺点与应用领域进行分析,选定基于点图标、基于几何、基于纹理三种方式作为本文主要研究方向。然后,重点阐述了基于纹理的矢量场可视化和基于流线的矢量场可视化两种算法,并在基于流线的矢量场的流线生成与流线绘制步骤中间,考虑到太多相似流线聚集在一起,造成流线冗余的情况,并且也没有突出流线的关键特征,提出了描述流线之间相似性的度量标准,度量标准受到了两条流线之间的欧式距离的主要影响,并且两条流线之间的形状和方向对其影响也很大,并提出公式进行系统阐述。在传统算法的基础上,以控制变量法为主要实验方法,验证基于度量标准的流线绘制方法的可适用性。经过实验发现,在传统的流线绘制算法中加入基于度量标准的流线绘制算法,可以去除多余重复的流线,保留含有大量特征的流线,可以根据海流的特征自适应地绘制出流线,然后用实验验证了基于度量标准的流线绘制算法中参数对于绘制效果的影响,并得出一组最好的参数,应用于最终的再分析海流可视化系统之中。最后,实现了再分析海流可视化系统,在系统之中,不仅将基于度量标准的可视化算法集成进系统之中,同时,实现了点图标可视化和基于纹理的可视化,从而更好的显示海流数据。
【图文】：

矢量图,点图,形状,海流

利用箭头的方向表示海流运动的方向，利用长度属性表示大小，如图2.4 所示。图 2.4 点图标常见形状基于点图标的海流可视化方式作为一种简单的方式被很多要求并不是很高的系统所采用，但是其具有一定的缺点，点图标绘制出来的矢量图因为每个图标之间没有连续，所以不能体现数据场的连续特征。在面对大量的海流数据的可视化中，在图像之中绘制大量的箭头会导致图像混乱并且降低可视化效果。并且如果为了减小绘制的混乱而减少箭头的数量，会缺失海流矢量场中的特征区域，同时，少量的箭头也表达不清晰海流矢量区域。鉴于以上的原因，对于数据量小且拓扑结构简单的数据，适合使用基于点图标的映射方式进行可视化。（二）基于流线的海流场映射技术流线、迹线、脉线和时线等线性展示方式是海流可视化的主要表示形式，不同的是

效果图,矢量场,纹理,可视化

过积分之后的点 p 会出现两种情况第一种是点行下一次的积分，第二种情况是没有落在网格将 p 点转换到所落区域周围的网格点上面。当的速度用 ( )kV p 表示。对待稀疏数据的插值和最终显示产生巨大影响，相似地，积分方法的果。的海流场映射技术场中含有大量微小特征时，利用基于点图标的表达特征不明显的问题。基于纹理的映射方式以任何细微的特征都会被展现。点噪声法[22]和中最常用的两种，在点噪声方法中，首先是应成纹理的基本单元，将大量这样的随机位置、噪声纹理，然后沿着向量的方向对噪声纹理进了向量场的方向，如图 2.5 所示，，是基于纹理
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P714

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