[發明專利]一種基于Web的風場三維動態可視化呈現方法

在審

• 申請號: 202011638140.3
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112802174A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 田茂春;楊躍;鄒顯勇;范光偉;賴杭;王森
• 申請（專利權）人: 珠江水利委員會珠江水利科學研究院
• 主分類號: G06T15/50
• 分類號: G06T15/50;G06T15/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 彭東梅

本發明公開了一種基于Web的風場三維動態可視化呈現方法，通過在目標范圍隨機播撒種子點，對每一種子點運用公式，迭代計算生成風場流線，結合Web Worker多線程技術，風場可視化，具體包括Alpha動態修改的顏色映射法和基于Cesium的風場渲染，本發明從風場數據應用出發，給出了風場數據從獲取—處理—應用流程，利用HTML5中的Web Worker多線程技術來實現風場流線尋跡并行計算，減少了流線生成耗時，通過對流線顏色的Alpha通道進行動態修改來表征風場運動形態，基于Cesium可視化平臺，實現風場的動態可視化。

技術領域

本發明涉及流場可視化研究技術領域，具體是一種基于Web的風場三維動態可視化呈現方法。

背景技術

我國一直是世界上受臺風影響最嚴重的國家之一。近年來，沿海地區頻頻受到臺風侵蝕，給國家和廣大人民造成了嚴重的損失。為有效地防風減災，大量學者開展了對臺風的研究，其中對臺風的流場可視化及相關技術研究是熱點之一。流場可視化研究方面，文獻《視點相關的多層次流場快速可視化方法》利用GPU強大的并行處理能力，優化了流線跟蹤計算過程；文獻《海洋風場動態可視化研究》結合幾何著色器與osgEarth三維虛擬地球場景，提出一套海洋風場可視化的方法；文獻《基于多頻稀疏噪聲的流場運動方向可視化算法》提出一種基于多頻稀疏噪聲紋理的改進線積分卷積算法，用來提高二維流場可視化后的信息表達效果。WebGL技術應用研究方面，文獻《基于粒子系統的Web數字地球海洋矢量場數據動態可視化方法》基于粒子系統的海洋矢量場數據動態可視化方法，在Cesium平臺上進行Web數字地球系統構建方法與實現；文獻《基于WebGL的海洋三維可視化系統設計與實現》基于JavaScript設計并開發了全球海洋信息三維可視化系統；文獻《基于WebGL的水利水電工程三維地理信息平臺研究》針對水利水電工程三維地理信息平臺停留在客戶端模式問題，采用WebGL技術搭建水利水電工程三維地理信息平臺；文獻《鄱陽湖區域風場矢量的Web三維動態可視化》基于矢量場及WebGL技術，提出了風場矢量的Web三維動態可視化方法體系。然而，現有研究工作大多沒有從應用層面給出風場數據的快速獲取、轉換、應用技術流程，同時，多數流場可視化技術研究基于PC端GPU強大功能，欠缺考慮Web環境下進行三維渲染的技術局限，雖有學者也基于Web進行了流場模擬可視化研究，但可視化效果較差。

綜上分析，為實現Web環境下風場三維動態可視化，主要工作在以下幾個方面：1)給出風場數據從獲取—處理—應用技術流程，使風場數據得到快速應用；2)利用HTML5中的Web Worker多線程技術來實現風場流線尋跡并行計算，減少流線生成耗時，實現Web環境下快速生成風場流線；3)通過對流線顏色的Alpha通道進行動態修改，對風場流線流動形態進行表達；4)通過修改WebGL可視化引擎Cesium的繪制對象實現三維風場可視化渲染，實現風場直觀可視化效果的同時，避免插件安裝。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于Web的風場三維動態可視化呈現方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于Web的風場三維動態可視化呈現方法，包括以下步驟：

步驟1：風場數據處理，包括獲取風場GRIB2數據并轉換為JSON格式；

步驟2：風場流線并行生成：通過在目標范圍隨機播撒種子，對每一種子運用公式，迭代計算生成風場流線；

步驟3：風場可視化，具體包括以下流程：a、Alpha動態修改的顏色映射法；b、基于Cesium的風場渲染。

作為本發明進一步的方案：風場流線生成過程包括：a、風場流場生成初始化；b、風場流線并行生成；c、風場流線組裝、提交渲染。

風場流線生成過程詳細陳述如下：