基于曲面细分的台风模式云动画显示方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106228594A(43)申请公布日2016.12.14(21)申请号201610567159.0(22)申请日2016.07.18(71)申请人中国人民解放军理工大学地址211101江苏省南京市江宁区双龙街60号(72)发明人钱进费建芳黄小刚程小平(74)专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)11350代理人汤东凤(51)Int.Cl.G06T15/00(2011.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称基于曲面细分的台风模式云动画显示方法(57)摘要一种基于曲面细分的台风模式云动画显示方法，首先对模式输出的网格格点上气象要素进行了数据量的压缩，这样处理过的数据不但占据空间小，同时也满足构建台风模型，体现台风云系形状细节的要求。还编制了渲染台风云动画所需的顶点着色器、外壳着色器、域着色器、像素点着色器。原始的台风网格顶点数据流进入上述各个着色器进行处理，之后便可以生成高清的模式台风云动画。本发明摒弃了以往固定管道的渲染管线，使用了基于Direct3D11的显卡可编程管道，所有的计算都在显卡的流处理器阵列中完成，从根本上解决了为计算相邻时刻云模型顶点数据插值而造成系统计算资源的浪费。CN106228594ACN106228594A权利要求书1/3页1.一个基于曲面细分的台风模式云动画的显示方法，其特征是步骤包括：编制了渲染台风云动画所需的顶点着色器102、外壳着色器103、域着色器105和像素点着色器106；1)对数值预报模式输出的网格格点上的气象要素进行数据量的压缩；2)进行台风云模型动画渲染：步骤1)压缩的原始的台风云网格顶点数据流依次经顶点着色器102、外壳着色器103、域着色器105和像素点着色器106处理，最后生成高清的台风模式云动画；所述步骤1)中，选用数值预报模式输出的云顶高度数据作为构建台风云模型顶点的位置和颜色信息；创建3个Direct3D11的纹理；其中2个纹理分别存放已读取的t时刻和t+1时刻的云模型的顶点高度数据，简称云顶高度数据；在对t时刻和t+1时刻的云顶高度数据进行插值计算的同时，读取t+2时刻的云顶高度数据到最后1个纹理之中；所述步骤2)中，2.1)由顶点着色器102对云模型的控制点网格进行世界矩阵的变换，得出控制点网格经过旋转或平移后的三维空间坐标；2.2)由外壳着色器103在由相邻的四个控制点构成的四边形中设置四个边的细分参数，由随后的Direct3D11的系统固定的细分模块进行三角面的细分；2.3)由域着色器105分别取样t时刻和t+1时刻对应的纹理，得到云顶的高度；然后将云顶高度数据插值计算结果中的高度信息和颜色信息给细分出三角面的顶点赋值；并对该顶点进行摄像机矩阵和投影矩阵的变换，完成三维空间中的点在二维屏幕坐标空间的转换；2.4)由像素点着色器106将接收到的像素点送入像素点混合器，最终显示在屏幕上。2.根据权利要求1所述的显示方法，其特征是所述步骤1)中，创建一个在X轴和Z轴各自方向轴上间隔相等的网格控制点组成的网格控制点数据流，该数据流的数据结构为：控制顶点的位置坐标、控制顶点的纹理UV和控制顶点的颜色ARGB值；各个控制点共同构成地球模型上的一个曲面即控制点网格，该曲面范围覆盖整个预报模式输出数据的经纬跨度；该控制点网格即为云模型的粗网格，控制点网格的功能包括：描述云模型的大体轮廓；在步骤2.2)的外壳着色器103的曲面细分的过程中，对该云模型的粗网格进行三角面细分的处理。所述步骤2)中，在步骤2.1)中，顶点着色器102接收网格控制点数据流，使用世界矩阵对网格控制点的坐标进行平移变换或旋转变换后，得到新的世界坐标系下的网格控制点坐标；然后把处理后的网格控制点数据流传给外壳着色器103；在步骤2.2)中，外壳着色器103的曲面细分的步骤为：首先，外壳着色器103指定细分参数：网格控制点构成的四边形内部小三角面细分的参数，即四边形四个边上每个边的分段个数；分段越多，该四边形被细分成的小三角面也就越多；接下来，系统固定的细分模块104根据外壳着色器103指定的细分参数，生成细分的多个小三角面；该细分模块是Direct3D11内部固定的模块；2CN106228594A权利要求书2/3页在步骤2.3)中，域着色器105接收细分处理后的小三角面的顶点的数据；然后对这些顶点进行位移映射的操作，同时设置顶点的ARGB值，得到在前后两个时刻进行插值后的云模型；在步骤2.4)中，像素点着色器106将域着色器105传来的像素点送入Direct3D11的像素点混合器，最终显示在屏幕上。3.根据权利要求1或2所述的显示方法，其特征是对于步骤1)中的3个Direct3D11的纹理，在步骤2.3)中，