[發明專利]一種基于著色器實時表現氣象變化的虛擬仿真系統和方法

有效

• 申請號: 201810961961.7
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109377541B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 王濤;牟文青;李騰;安士才;楊斌;賀業鳳
• 申請（專利權）人: 山東捷瑞數字科技股份有限公司
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T15/04;G06T15/50
• 代理公司: 煙臺上禾知識產權代理事務所(普通合伙) 37234
• 代理人: 劉志毅

本發明公開了一種基于著色器實時表現氣象變化的虛擬仿真系統和方法，方法步驟：S1開始；S2獲取指定地區的天氣數據；S3將天氣數據參數化處理為參數字符串；S4將參數字符串傳遞給著色器；S5將三維植被模型及紋理貼圖導入三維引擎；S6三維引擎獲取三維植被模型的材質對象；S7三維引擎對三維場景進行渲染處理；S8輸出渲染結果；S9結束；所述著色器根據參數化的氣象數據對三維植被模型進行頂點和像素表現的計算和映射，從而獲得不同氣象條件下三維植被模型的不同表現。本發明基于一種著色器實現了多種氣象的三維表現，解決了現有氣象條件改變，需手動拖拽修改著色器或預制大量不同天氣下三維模型的麻煩，節省人力物力，符合人對氣象信息的感知習慣。

技術領域

本發明屬于氣象可視化技術領域，具體涉及一種基于著色器實時表現氣象變化的虛擬仿真系統和方法。

背景技術

隨著氣象信息化的大力推進，三維可視化逐漸體現出它相對二維展現的優勢，如更加直觀、形象，對氣象的表現更加準確到位。

目前三維可視化技術日益成熟，市面上有很多專業的三維引擎，可以用于實現三維可視化的展示、互動以及數據處理，而在三維引擎中，所有圖形繪制都必須通過shader(著色器)來實現。著色器技術在計算機圖形學中被廣泛使用，可用于增強三維可視化的效果表現。著色器實際上是一段程序，負責將輸入的三維模型的Mesh(網格)以指定的方式與輸入的貼圖或顏色等組合作用，然后輸出，繪圖單元根據這個輸出將三維模型繪制到屏幕上。

目前氣象表現多是通過二維表現，現有的基于二維動態圖像展示天氣的系統，需要提前針對不同的季節、天氣設置眾多不同的模型，比如以人物為模型時，需要提前設置春天的人，夏天的人，秋天的人，冬天的人，同一個季節下，又需要分別設置雨天的人，晴天的人，陰天的人等等，系統繁瑣；雖然基于二維動態圖像展示天氣的方法，也可以根據風力風向大小調整植被模型的擺動幅度和頻次，但能做出的調整也僅限擺動的幅度和頻次，模型本身的形態等難以做出改變，不夠直觀，形象，也無法通過單一模型同時展示風力風向、雨量等多種氣象信息，所以必須需要提前準備多種二維的動態模型，通過不同的模型展示不同的氣象信息，增加了系統的復雜性。

現有的基于三維進行氣象表現的很少，而已有的三維表現也只是通過著色器零散地實現單獨風力表現效果或單獨濕度表現效果，并且基本都處于在三維引擎中調整好效果無法動態修改表現效果的情況，或者提前針對晴天、雨天、陰天、雪天等設置不同的三維模型，并對各模型設置不同的三維渲染模塊，根據氣象信息的變化，在不同的三維模型之間進行切換展示，甚至有時候，需要人工手動拖拽修改著色器，系統復雜，對氣象信息的表現效果不佳，工作效率低等缺點?？梢娔壳皼]有一個獨立系統的氣象表現文件，這對于氣象表現的三維可視化發展非常不利。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，本發明所要解決的技術問題是：如何構建一個系統的基于三維表現的氣象表現文件，以便簡單快捷的，有效率的，直觀的展示氣象信息。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種基于著色器實時表現氣象變化的虛擬仿真系統，包括：

天氣數據獲取模塊，天氣數據參數化模塊，三維植被模型模塊，三維模型渲染模塊，輸出模塊；

天氣數據獲取模塊用于獲取指定地區的天氣數據，所述天氣數據包括季節、溫度、風力、風向、雨量、露量、霜量、雪量；

天氣數據參數化模塊將天氣數據獲取模塊獲取的天氣數據進行參數化處理，并將參數化的天氣數據傳輸給三維模型渲染模塊，即將季節、溫度、風力、風向、雨量、露量、霜量、雪量的氣象值進行數據類型的轉換或通過公式計算轉換為著色器中需要的數據類型或中轉計算數據，并將這些參數組合為參數字符串，傳遞給三維模型渲染模塊；

三維植被模型模塊包含由三維建模軟件建立的至少一個三維植被模型及其相應的紋理貼圖，并負責將三維植被模型和相應的紋理貼圖導入到三維模型渲染模塊中；