[發明專利]基于VR及手勢交互技術的全球氣候矢量場數據可視化方法

有效

• 申請號: 201710208600.0
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN107168516B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 盧書芳;蔡歷;王晨;高飛
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/0481;G06T17/05
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發明公開了基于VR及手勢交互技術的全球氣候矢量場數據可視化方法，它包括搭建3D環境，設計包含一個地球和宇宙背景的場景，將從Natural Earth獲取的地圖數據添加到所設計的地球上，然后從美國國家氣象局操作的全球預報系統上下載天氣數據，并進行解碼，隨后對數據進行風向快速參考、進行地轉風近似求解，將矢量風投影到所設計的地球上，有限差分近似用于在插值過程期間估計該失真，最后設計交互需求，根據需要定義各種手勢。本發明更加逼真地模擬了全球氣候變化，增加了模型和數據的感知性和真實性，獲得更高層次的信息細節，使用者不僅能夠真實的感覺到研究的對象近在眼前，且還能通過手勢操作研究對象，從而構建了一個直觀的空間數據可視化分析環境。

技術領域

本發明涉及計算機圖形學技術領域，特別是涉及基于VR及手勢交互技術的全球氣候矢量場數據可視化方法。

背景技術

全球氣候矢量數據可視化方法為傳統氣象矢量數據的顯示提供了另一種直觀清晰的表達方式，為相關人員提供了對氣候數據進行分析的便利工具。

氣候數據一般有風、洋流等矢量場數據，針對三維矢量場數據，一般提供箭矢圖、流圖、線積分卷積等傳統矢量場可視化方法，常用的還有圖標法、幾何法以及紋理法等。對于預報員而言，通過這些復雜的圖文來獲得對整個大氣情況的理解是很難的。三維大氣數據可視化方法，尤其是矢量數據的可視化，有設計粒子對流方法用動畫表達矢量場數據，Mei HH,Chen HD,Zhao X,Liu HN,Zhu B,Chen W.Visualization system of 3D globalscale meteorological data.Ruan Jian Xue Bao/Journal of Software,2016,27(5):1140-1150(in Chinese)。本文在粒子對流方法模擬矢量風數據的同時，并且結合當前火熱的VR，通過使用oculus rift DK2設備在將氣象數據可視化在沉浸式虛擬環境中，并通過預先設定leap motion中手勢動作的定義，增強了交互性。

Leap Motion是面向PC以及Mac的體感控制器制造公司Leap于2013年2月27日發布的體感控制器。支持Windows 7、Windows 8以及Mac OS X 10.7及10.8，Leap Motion控制器可追蹤全部10只手指，精度高達1/100毫米，以超過每秒200幀的速度追蹤您的手部移動。

近年來，隨著虛擬現實(VR)被廣泛接受，其描述為用戶被三維計算機生成的表示包圍的一種體驗，用戶能夠在其中移動，從不同的角度查看它，并有能力重塑它。除了直觀的交互，虛擬環境也可以允許用戶的更大程度的移動。通過使用VR，數據可以變得更容易理解，記住和參考。用戶操作或觀察，同時沉浸，可以形成用戶的敘事，從而增強召回的能力數據。用戶命令和輸入可以立即修改虛擬世界并描繪每個變化的影響，從而創造一個動態模型。實時交互是一個VR的關鍵特征，例如氣象學家可以使用它來形成對氣象數據的動態分析，比單獨使用圖表更快。VR對于進一步提高可視化數據的可讀性有顯著效果，大量可視化研究中采用VR，Irene Katsouri,Aimilia Tzanavari,Kyriakos Herakleous,andCharalambos Poullis.2015.Visualizing and assessing hypotheses for marinearchaeology in a VR CAVE environment.ACM J.Comput.Cult.Herit.8,2,Article10(March2015),18pages開發了一個使用VR CAVE的沉浸式3D可視化應用程序，旨在使研究人員能夠挖掘這個古代沉船所提供的豐富的信息,也有對考古數據在虛擬現實環境中可視化的研究，但在虛擬現實環境中對三維大氣數據可視化的研究鮮有。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在于提供基于VR及手勢交互技術的全球氣候矢量場數據可視化方法。

所述的基于VR及手勢交互技術的全球氣候矢量場數據可視化方法，其特征在于該方法包括以下步驟：