实时海洋水质数据的三维可视化平台设计与实现

发布时间：2020-11-10 03:36

　　 海洋是一个巨大复杂、各类因素相互影响,多类过程彼此作用的时变系统。我国拥有广阔的海洋国土面积,海洋拥有丰富的海洋资源,主要包括海洋生物,海底蕴藏的矿产、石油,以及海水运动产生的能量。海洋水质环境的变化必定会影响我国社会经济的发展。对海洋水质数据的展示和监控能够在一定程度上控制和改善我国的海洋环境,对海洋生态环境的管理具有重大的意义。本文主要从海水绘制、浮标合并、热力图等方面进行论述,设计并实现了一个三维可视化平台,用于对实时海洋水质数据进行处理和展示。主要工作如下:1.针对在海水的模拟绘制,本文采用基于统计波模型的方法来模拟海面的波动。为了实现海面的真实感,本文采用基于物理的各项异性BRDF光照模型来实现光照效果,根据菲涅尔现象将海水的反射颜色与折射颜色结合起来,最后配合光照实现逼真的3D海水绘制效果。2.针对三维可视化平台中浮标重叠的问题,本文提出了一种基于视点变化的浮标合并方法。本文先提出重叠浮标的合并规则,然后将问题转化为求解连通子图,再通过改进的并查集算法来对浮标进行分类与合并,最后生成新的浮标图标,并显示重叠浮标的数目。3.针对浮标对应海域的水质综合评价结果,在虚拟地球表面生成并绘制热力图。本文在Delaunay三角剖分算法的基础上,提出了基于边界约束的Delaunay三角剖分算法,并细化了三角网格。本文先将数值映射到HSV颜色空间,然后再转换到RGB颜色空间,最后将每个顶点赋予颜色,每个三角形内渐变填充,形成一个关于评价值信息的热力图。在系统设计与实现过程中,本文利用数据库连接池获取数据库的海洋水质数据,通过曲线图展示水质数据,并按照设定的评价模型对数据进行处理。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP391.41;X834
【部分图文】：

(a) 随机噪声纹理 (b)Perlin 噪声纹理图 2-1 噪声纹理计算机图形学应用中，噪声通常是伪随机的，每次生成的结果应该符合一定Perlin 提出的噪声函数以 Noise()表示，Noise()具有以下三条性质： 对于旋转的统计不变性（无论怎样旋转它的域，它都具有相同的统计特征 对于平移的统计不变性（无论怎样平移它的域，它都具有相同的统计特征 高频分量受限。生成纹理图像方面，Noise()具有很好的自相似效果，噪声的伪随机特性不会移的影响而丢失。于噪声图像的合成方法是将图像中某个坐标的灰度值代表高度。海面网格上个顶点，为了避免每个顶点的高度值，可以采用合适的插值函数函数来进行二维的情况为例，如图 2-2 所示，设点 P 的坐标为(x, y)，它将平面分为 4 个

图 2-1 噪声纹理学应用中，噪声通常是伪随机的，每次生成的结果应该符的噪声函数以 Noise()表示，Noise()具有以下三条性质：的统计不变性（无论怎样旋转它的域，它都具有相同的统的统计不变性（无论怎样平移它的域，它都具有相同的统受限。像方面，Noise()具有很好的自相似效果，噪声的伪随机特丢失。的合成方法是将图像中某个坐标的灰度值代表高度。海面了避免每个顶点的高度值，可以采用合适的插值函数函数为例，如图 2-2 所示，设点 P 的坐标为(x, y)，它将平面分

(a) 随机噪声函数生成的波形 (b) Perlin 噪声函数生成的波形图 2-3 不同噪声函数生成的海浪波形图基于噪声函数模拟海面波动，是一种相对粗糙的方法。即使采用 Perlin 噪声函形也较为单一，也难以模拟出较复杂的波动效果。但基于噪声函数的方法实运行效率高，在某些对真实性要求不高、硬件配置相对低的环境中具有一定于 Gerstner 波模型的方法的形状在理想状态下接近于正弦波，但实际的水波往往是波峰较窄，波谷较宽弦波来模拟水波的形状，需要对其进行变换：sin( ) 1( ) 22kxf x 弦函数的值域从[-1, 1]变换到[0, 2]，波谷的值为 0，波峰的值为 2。由于幂运
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本文编号：2877418