[發(fā)明專利]極地投影模式下多變量時空數據的可視化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210205888.3
• 申請日: 2012-06-18
• 公開（公告）號: CN102831626A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設計）人: 鄧俊輝;袁國棟;鄒衡
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發(fā)明涉及計算機技術領域，特別涉及一種極地投影模式下多變量時空數據的可視化方法。

背景技術

地球系統(tǒng)模式是研究全球氣候變化問題的重要工具，通過在水平方向上將地表在二維正交經緯空間中按照一定間隔進行網格劃分，在垂直方向上分別對地球各圈層（主要有大氣、海洋、海冰、陸面）按照不同高度間隔進行分層，然后構建不同圈層的數值模擬動力框架和參數化方案，并將其程序化，然后在高性能計算機上進行數值模擬。由于在二維經緯空間上南、北極區(qū)域形狀變化較大且不能保持連續(xù)性和整體性，因此直接在二維經緯空間上對模式模擬的極地區(qū)域上海冰或大氣運動的物理量進行可視化，無法有效地觀察和分析變量在極地區(qū)域上的分布情況。

目前，已經有大量的方法和系統(tǒng)能夠支持二維正交經緯空間上的多變量時空數據可視化，但是在極地投影模式下，高效、實時、可交互的可視化方法尚不多見。傳統(tǒng)的支持二維顯示空間的地學可視化工具，如NCL、GrADS，不支持并行控制，且只能通過腳本進行控制，無法在顯示窗口中直接交互。支持大型規(guī)模數據可視化的交互式軟件系統(tǒng)，如VisIt、Paraview，將二維經緯坐標空間變換到三維球面坐標空間，然后采用正投影變換到極地投影空間的方法，雖然保證了極地區(qū)域的連續(xù)性和整體性，但是變換過程計算量較大、實時性和交互性遠遠不夠，支持的投影手段也比較有限。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術缺陷之一。

為達到上述目的，本發(fā)明的實施例提出一種極地投影模式下多變量時空數據的可視化方法，包括以下步驟：S1：獲得目標變量和地理區(qū)域數據；S2：根據所述目標變量繪制目標變量可視化圖像；S3：根據地理區(qū)域數據繪制地理區(qū)域背景；以及S4：根據所述目標變量可視化圖像和所述地理區(qū)域背景顯示效果圖像。

根據本發(fā)明實施例的方法，實現了二維正交經緯空間到二維極地投影空間的三種極地投影變換方法，支持二維正交經緯空間和二維極地投影空間中統(tǒng)一的標量和矢量表示方式和繪制方法，提供了地理區(qū)域背景的輔助定位信息，使用戶克服了二維正交經緯空間中極地區(qū)域不連續(xù)的問題，高效、實時和交互地觀察和比較變量在極地區(qū)域的分布情況。

本發(fā)明的一個實施例中，當所述目標變量為標量時，所述步驟S2包括：S21：采用等角或等積或等距投影變換，將所有網格頂點從二維正交經緯空間映射到二維極地投影空間；S22：使用標量繪制方法根據所述目標標量在二維極地投影空間中繪制標量可視化圖像。

本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟S22包括：S221：根據標量數值區(qū)間和顏色區(qū)間的映射關系，建立顏色查找表；S222：在二維極地投影空間中，根據網格頂點上的標量數值搜索所述顏色查找表，獲取網格頂點的顏色值，并生成一幅與數據網格分辨率相同的紋理圖像；S223：將所述網格頂點的顏色映射到所述紋理圖像像素上；S224：根據清晰度的需求，生成繪制網格，計算所述繪制網格中所有網格頂點的紋理坐標，將所述紋理圖像貼到所述繪制網格上；S225：通過圖形硬件對所述紋理圖像進行雙線性插值，生成所述繪制網格所在的圖像空間中所有像素點的顏色值，從而生成標量可視化圖像。

本發(fā)明的一個實施例中，所述網格分辨率相同，是指網格的橫縱向格點數與圖像的橫縱方向像素樹木相同。

本發(fā)明的一個實施例中，當所述目標變量為矢量時，所述步驟S2包括：S23：通過極地投影變換和矢量的空間變換，將矢量從二維正交經緯空間變換到二維極地投影空間；S24：使用矢量繪制方法，在二維極地投影空間中繪制矢量可視化圖像。

本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟S23進一步包括：S231：通過極地投影變換，將所有網格頂點從二維正交經緯空間變換到二維極地投影空間；S232：通過矢量空間變換，將矢量從二維正交經緯空間變換到二維極地投影空間。

本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟S24包括：S241：在二維極地投影空間中，生成單位矢量圖元的所有頂點；S242：每個矢量所在網格頂點或網格單元上，根據矢量分量所定義的方向進行旋轉操作，根據矢量的長度進行放縮處理，獲得該矢量所映射圖元的頂點坐標和拓撲信息；S243：根據矢量長度區(qū)間和顏色區(qū)間的映射關系，建立顏色查找表；S244：根據所述矢量長度搜索所述顏色查找表，獲取矢量圖元的顏色；S245根據所述矢量圖元的頂點坐標和拓撲信息，使用獲得的所述矢量圖元顏色，生成矢量可視化圖像。