基于真实气象数据的大规模云模拟
发布时间：2021-02-04 13:04
云是一种自然现象,是天空中常见的景观。三维云的建模和渲染研究一直是计算机图形学中的关键内容。使用计算机生成的云图可以应用于诸多领域。将三维云图添加到天空中,可以提高所描绘户外场景的视觉效果,常用于飞行模拟和户外战场模拟。在特效电影、三维电子游戏以及近年来逐渐流行的虚拟现实领域,三维云也扮演着重要的角色。除此之外,使用气象数据生成三维云图,可以辅助气象工作者更加直观地观察天气现象,对天气预报、人工影响天气等工作都起到了重要的作用。近年来,由于计算机硬件性能的提升使得数据处理的速度得到大幅度提升,以及获取气象信息的手段越来越丰富,基于气象数据信息的三维云模拟研究逐渐成为主流。使用这种方法生成的云不但具有逼真的视觉效果,还同时具备物理学意义。本文基于真实气象数据进行大规模的三维云模拟研究,研究了气象数据在云模拟技术中的应用方法,提出了一种新的自适应网格结构用于云的建模,并深入分析了云的光照模型,针对云的特性提出了一种新的高阶各向异性多次散射模型并应用于云的渲染,具体研究内容如下:在云的建模算法方面,针对现有的真实气象云数据可视化方法普遍存在的建模复杂度高,渲染效率低等问题,提出了一种基于感兴...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
云的分类图
第二章 三维云模拟基础理论胞自动机系统根据公式(2-6)和公式(2-7)进行不断转化，模拟出云示。( , , ) ( 1, , , ) ( , 1, , ) ( , , 1, )( 1, , , ) ( , 1, , ) ( , , 1, ) ( 2, , ,( 2, , , ) ( , 2, , ) ( , 2, , ) ( , , 2act i i ii i i i i i f i j k act i j k t act i j k t act i j k tact i j k t act i j k t act i j k t act i j k act i j k t act i j k t act i j k t act i j k = + ú + ú +ú - ú - ú - ú -ú + ú - ú + ú -
n 表示空气的折射率， 表示散射方向与入射方向的夹角，N 是标准于瑞利函数是描述分子散射的，且具有各向同性，前向散射和后向散，不能表现出米氏散射强前向散射的特性，因此使用瑞利函数进行云上会出现较大偏差。G 函数是一种常见米氏散射近似相位函数，可以模拟出米氏散射的各 的绿色曲线所示。虽然 H-G 函数可以很好地模拟米氏散射的前向峰，拟后向散射，会丢失一部分的云的光学现象。H-G 相位函数的公式如 为散射角，g 为不对称因子，定义为 2 2 22( 1)( ) (1 cos )2n npNa al-= +a22 3/21( , )(1 2 cos )gp gg gqq-=+ -q01cos( ) ( ) sin( ) 2g P p=
【参考文献】：
期刊论文
[1]WRF-Chem模式降水对上海PM2.5预报的影响[J]. 周广强,高伟,谷怡萱,瞿元昊. 环境科学学报. 2017(12)
[2]基于重要性采样的三维云光照模型的研究[J]. 谢永华,袁复兴,王畅. 系统仿真学报. 2016(01)
[3]多组件融合的WRF模式气象数据可视化平台[J]. 杜景林,朱兴宇. 计算机工程与设计. 2015(09)
[4]基于结构特征的自适应光线投射算法[J]. 罗月童,张伟,石放放,谭文敏. 中国图象图形学报. 2015(04)
[5]多尺度活动网格在云场景仿真中的应用[J]. 范晓磊,张立民,张建廷,徐涛. 中国图象图形学报. 2015(02)
[6]基于粒子系统的卫星云图三维仿真与简化算法[J]. 毕硕本,曾晓文,潘秋羽,石银. 系统仿真学报. 2014(11)
[7]基于细胞自动机的动态云实时模拟[J]. 范晓磊,张立民,张兵强,张媛. 计算机科学. 2014(10)
[8]基于图形处理器加速光线投射算法的多功能体绘制技术[J]. 吕晓琪,张传亭,侯贺,张宝华. 计算机应用. 2014(01)
[9]基于结构化粒子模型的云可视化应用[J]. 王畅,谢永华,袁复兴. 计算机应用. 2013(11)
[10]基于气象卫星数据的三维云景可视化方法[J]. 李晓望,王文珂,李思昆. 系统仿真学报. 2013(09)
硕士论文
[1]划分区域异速云的实时绘制算法改进研究[D]. 吴国倩.燕山大学 2018
[2]基于GPU和粒子系统的动态云实时模拟[D]. 黄唯.东南大学 2017
[3]动态云三维模拟关键技术的研究[D]. 袁复兴.南京信息工程大学 2015
本文编号：3018354
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
云的分类图
第二章 三维云模拟基础理论胞自动机系统根据公式(2-6)和公式(2-7)进行不断转化，模拟出云示。( , , ) ( 1, , , ) ( , 1, , ) ( , , 1, )( 1, , , ) ( , 1, , ) ( , , 1, ) ( 2, , ,( 2, , , ) ( , 2, , ) ( , 2, , ) ( , , 2act i i ii i i i i i f i j k act i j k t act i j k t act i j k tact i j k t act i j k t act i j k t act i j k act i j k t act i j k t act i j k t act i j k = + ú + ú +ú - ú - ú - ú -ú + ú - ú + ú -
n 表示空气的折射率， 表示散射方向与入射方向的夹角，N 是标准于瑞利函数是描述分子散射的，且具有各向同性，前向散射和后向散，不能表现出米氏散射强前向散射的特性，因此使用瑞利函数进行云上会出现较大偏差。G 函数是一种常见米氏散射近似相位函数，可以模拟出米氏散射的各 的绿色曲线所示。虽然 H-G 函数可以很好地模拟米氏散射的前向峰，拟后向散射，会丢失一部分的云的光学现象。H-G 相位函数的公式如 为散射角，g 为不对称因子，定义为 2 2 22( 1)( ) (1 cos )2n npNa al-= +a22 3/21( , )(1 2 cos )gp gg gqq-=+ -q01cos( ) ( ) sin( ) 2g P p=
【参考文献】：
期刊论文
[1]WRF-Chem模式降水对上海PM2.5预报的影响[J]. 周广强,高伟,谷怡萱,瞿元昊. 环境科学学报. 2017(12)
[2]基于重要性采样的三维云光照模型的研究[J]. 谢永华,袁复兴,王畅. 系统仿真学报. 2016(01)
[3]多组件融合的WRF模式气象数据可视化平台[J]. 杜景林,朱兴宇. 计算机工程与设计. 2015(09)
[4]基于结构特征的自适应光线投射算法[J]. 罗月童,张伟,石放放,谭文敏. 中国图象图形学报. 2015(04)
[5]多尺度活动网格在云场景仿真中的应用[J]. 范晓磊,张立民,张建廷,徐涛. 中国图象图形学报. 2015(02)
[6]基于粒子系统的卫星云图三维仿真与简化算法[J]. 毕硕本,曾晓文,潘秋羽,石银. 系统仿真学报. 2014(11)
[7]基于细胞自动机的动态云实时模拟[J]. 范晓磊,张立民,张兵强,张媛. 计算机科学. 2014(10)
[8]基于图形处理器加速光线投射算法的多功能体绘制技术[J]. 吕晓琪,张传亭,侯贺,张宝华. 计算机应用. 2014(01)
[9]基于结构化粒子模型的云可视化应用[J]. 王畅,谢永华,袁复兴. 计算机应用. 2013(11)
[10]基于气象卫星数据的三维云景可视化方法[J]. 李晓望,王文珂,李思昆. 系统仿真学报. 2013(09)
硕士论文
[1]划分区域异速云的实时绘制算法改进研究[D]. 吴国倩.燕山大学 2018
[2]基于GPU和粒子系统的动态云实时模拟[D]. 黄唯.东南大学 2017
[3]动态云三维模拟关键技术的研究[D]. 袁复兴.南京信息工程大学 2015
本文编号：3018354
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