一种面向不规则海洋流场数据的三维流线动态可视化算法.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CN104658027A(43)申请公布日2015.05.27(21)申请号201510070179.2(22)申请日2015.02.11(71)申请人中国海洋大学地址266100山东省青岛市崂山区松岭路238号中国海洋大学(72)发明人纪鹏波陈戈田丰林苏琪(51)Int.Cl.G06T13/60(2011.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种面向不规则海洋流场数据的三维流线动态可视化算法(57)摘要本发明属于海洋信息技术和计算机可视化领域，具体涉及一种面向不规则海洋流场数据的三维流线动态可视化算法。本发明首先建立基于不规则流场数据的四面体控制网格，通过空间分布概率的种子点生成算法和动态自适应积分步长的龙格库塔二阶积分算法，求得三维流场的流线原型。在此基础上，编写GPU绘制代码，通过几何元着色器对流线进行实时动态渲染处理，来得到能够定量表达不规则流场流速、流向等信息的动态逼真流线可视化表达。该算法可用于POM模式数据等各种不规则海洋流场模式数据、实测数据的流线、迹线等动态可视化分析表达，具有稳定性好、解决迫切实际问题可行性高的特点。CN104658027ACN104658027A权利要求书1/1页1.面向不规则海洋流场数据的三维流线动态可视化算法，其特征在于，该算法包括：一种基于空间分辨率的种子点生成算法，一种针对不规则流场数据的四面体网格建模算法，一种高视觉感知度的三维流线可视化算法；其中：（1）基于空间分辨率的种子点生成算法，用于生成流线种子起始点，控制流线之间的间距，制定流线放置策略；（2）不规则流场数据的四面体网格建模算法，用于拟合不规则流场数据的空间结构，建立四面体网格，作为流线步长积分的单元和控制网格；（3）高视觉感知度的三维流线可视化算法，用于将积分出的三维流线采用适合表达流场语义的方式绘制表达，提高用户的视觉信息获取。2.根据权利要求1所述的算法，其特征在于，所述种子点生成算法是基于四面体控制网格中的联通区域和空间分辨率进行的，在种子点放置过程和流线生成过程，对流线经过的控制网格进行填充，在未填充有效区域作为备选种子点区域。3.根据权利要求1所述的算法，其特征在于，所述面体网格建模算法基于四面体单元，将矢量数据场分割成四面体单元，定义邻接关系；逐步将点定位到矢量场中四面体单元内；根据定位点速度矢量方向的变化量自适应确定积分步长。4.根据权利要求1的算法，其特征在于，所述高视觉感知度的三维流线可视化算法表达定性和部分定量的语义：线或箭头的方向表达流场流向，通过图元疏密程度、尾迹长短、图元尺寸表达，配合前景颜色、背景颜色高感知的表达流场语义信息。5.根据权利要求1的算法，其特征在于，首先对流场矢量数据进行预处理，然后建立四面体控制网格，在运用龙格库塔四阶函数进行积分，最后对流线采用高感知度的视觉表达方式表达流场语义。6.根据权利要求1的方法，包括以下步骤：（1）根据流场矢量数据进行数据预处理，记录流场语义信息和无效信息；（2）采用考虑空间分布率的种子点生成算法，放置三维流线并控制流线间距；（3）根据不规则数据的空间结构，建立四面体网格结构，存储邻接关系；（4）采用龙格库塔四阶积分算分对数据进行几何积分，生成流线控制点；（5）采用高感知度的图元表达方法，提高用户体验，表达流场语义信息；（6）编辑流线安交互参数，绘制流线，表达流场信息。2CN104658027A说明书1/5页一种面向不规则海洋流场数据的三维流线动态可视化算法技术领域[0001]本发明属于海洋信息技术和计算机可视化领域，具体涉及一种面向不规则海洋流场数据的三维流线动态可视化算法。背景技术[0002]美国计算机科学家布鲁斯•麦考梅克在其1987年关于科学可视化的定义之中，首次阐述了科学可视化的目标和范围：“利用计算机图形学来创建视觉图像，帮助人们理解科学技术概念或结果的那些错综复杂而又往往规模庞大的数字表现形式”。在计算机学科的分类中，利用人眼的感知能力对数据进行交互的可视表达以增强认知的技术，称为可视化。它将不可见或难以直接显示的数据转化为可感知的图形、符号、颜色、纹理等，增强数据识别效率，传递有效信息。可视化是认知的过程，即形成某个物体的感知图像，强化认知理解。因此，其终极目的是对事物规律的洞悉。可视化技术在医学、生物学、气象学、地学等领域都有着广泛的应用。将可视化技术应用于海洋学领域，对于揭示海洋现象、研究海洋动力过程具有重要作用。[0003]目前，数字海洋建设已经列入到“国家十二五海洋科学和技术发展规划纲要”中。纲要明确指出：“推进我国数字海洋建设，基本形成辅助决策信息支撑能力，建立公众基础信息服务、海洋管理基础信息服务和海洋环境基础信息服务等业务化应用