海洋场数据三维可视化关键技术研究与实现

发布时间：2020-07-03 14:38

【摘要】：富饶的海洋蕴涵有丰富的资源,其包含的能源、矿产、渔业等是人类赖以生存的保障。我国是海洋大国,拥有300万平方千米的“蓝色国土”,海洋对我国经济、国防、军事的重要性不言而喻。随着对海洋的探索、对海洋资源的开发利用,人类对海洋的科研活动与日俱增,与此同时,获得的海洋信息数据也以几何级数的速度增加。如何有效利用这些数据,将隐藏在数据内部的信息直观地表现出来是海洋可视化的重要研究内容。本文对海洋场数据三维可视化关键技术进行了研究,阐述了粒子系统、光线投射算法和多层次可视化方法的基本原理。以洋流和温度场数据为例,实现了洋流粒子系统、温度场的光线投射体绘制和洋流的多层次可视化。最后设计并开发了海洋三维可视化验证系统用以验证本文中的可视化方法。本文的主要工作内容包括以下几个方面:(1)洋流粒子系统的实现:用大量粒子的变化反映洋流的总体变化趋势。描述了洋流粒子的产生、属性初始化、运动、消亡和绘制五个步骤的实现过程,最后实现了基于粒子系统的洋流三维动态可视化。(2)光线投射算法的改进与实现:在分析现有的体数据组织方式的基础上,针对深度方向上非等距采样的场数据,提出伪八叉树模型用以数据组织。根据投射光线穿越体数据的入射点和出射点的相对位置,采取不同的插值方法和采样方法,并结合光线提前终止法,通过减少重采样点和计算量来提高光线投射算法的绘制效率。(3)多层次可视化的实现:多层次可视化需要考虑绘制效率和每层的显示位置。考虑到采样数据层非等距的特点,在构建坐标系统时,在深度方向上采用对数坐标以减少各层之间的间隔;采用四叉树组模型组织数据,实现数据裁剪,加快数据的访问速度;开辟数据调度线程和数据渲染线程,将数据调度与渲染任务分开完成,利用多线程并行技术,对处理后的每一层数据进行可视化渲染,从而达到多层次可视化的加速目的。以洋流为例,实现了洋流的多层次可视化。(4)采用Qt Creator开发框架、C++开发语言、OpenGL渲染引擎,设计并开发海洋三维可视化验证系统,以验证本文的可视化方法的准确性和适用性。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;P714
【图文】：

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图 1.3 VG Engine 体系结构i）基于 GPU 的光线投射算法基于 GPU 的光线投射算法已经成为主流。GPU 编程技术的出现法能够在 GPU 上得以运行，将算法移植到 GPU 上实现，借助于点运算和并行计算的优势[44]提高绘制效率。GPU 上实现光线投射算法，需要用到 GPU 上的顶点着色器和片组件。顶点着色器负责顶点坐标变换的任务；片段着色器负责像务。顶点着色程序从 GPU 前端获取图元信息并完成一系列操作变换、光照计算等），然后把经过计算的数据传输到寄存器。片存器中提取需要的数据并对每个片段进行颜色计算，然后把计算光栅操作模块。可编程图形渲染管线如图 1.4 所示：

【参考文献】

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本文编号：2739795