[發明專利]一種Cesium引擎下基于聚類算法的海洋標量可視化方法及系統

有效

• 申請號: 202110459674.8
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113157990B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 李忠偉;宮凱旋
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F16/904
• 分類號: G06F16/904;G06F16/906
• 代理公司: 青島鼎丞智佳知識產權代理事務所(普通合伙) 37277
• 代理人: 曲志乾

本發明涉及海洋科學技術領域，具體涉及一種Cesium引擎下基于聚類算法的海洋標量可視化方法及系統，所述可視化方法包括以下步驟：獲取全球海洋溫度、鹽度和海平面數據，插值構建海洋數據集；使用聚類算法對構建的海洋標量數據進行聚類分析，根據聚類中心確定標量區間；根據標量區間劃分標量坐標數據，構建不同標量區間的三角網格數組；確定不同區間的顏色值，基于Cesium引擎的構建Geometry?Instances方法進行前端繪制。通過加載NetCDF數據，結構化處理海洋數據，可以提取保留海洋數據的維度與屬性，保留全球非結構化網格的拓撲信息；進一步使用聚類算法提取標量中心，使區間劃分更加合理，更美觀的展示海洋標量的層次效果；在Cesium地圖引擎上將標量數據可視化展示，輔助決策。

技術領域

本發明涉及海洋科學技術領域，具體涉及一種Cesium引擎下基于聚類算法的海洋標量可視化方法及系統。

背景技術

標量場可視化是目前科學計算可視化研究之一，Cesium是國外一個基于JavaScript編寫的使用WebGL的地圖引擎。Cesium支持3D、2D、2.5D形式的地圖展示，可以自行繪制圖形，高亮區域，并提供良好的觸摸支持，且支持絕大多數的瀏覽器和移動終端。FVCOM是非結構化三角網格架構、有限體積、自由表面、三維原始方程海洋數值模型，該有限體積積分格式，能更好地保證復雜幾何結構的河口海灣及海洋計算中的質量、動量、鹽度、溫度及熱量的守恒性，其中非結構化三角網格的優點在于可應用于任意復雜的場景，非常靈活，具有普遍適用性。因其能更容易地實現區域的邊界擬合和光滑的網格尺寸過渡，因此三角網格在海洋應用領域使用越來越廣泛，這也是本發明選擇研究非結構化三角網格的重要原因。

在標量場可視化中，色標的制定很大程度上決定一幅圖的美觀程度，由于數據密度分不均勻，在手動等距劃分時往往會出現劃分不均勻現象，因此有必要設計一種合理的劃分方法，本發明中提供了一種Cesium引擎下基于聚類算法的海洋標量可視化方法及系統。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Cesium引擎下基于聚類算法的海洋標量可視化方法及系統，本發明以海洋溫度場、鹽度場和海平面的可視化表達為研究對象，研究包括基于全球海洋溫、鹽、海平面的標量可視化。本發明針對以NetCDF格式存儲的海洋標量場數據，在Cesium引擎上實現可視化。

為解決上述的技術問題，本發明提供的技術方案為：提供了一種Cesium引擎下基于聚類算法的海洋標量可視化方法，包括以下步驟：

步驟一，獲取全球海洋溫度、鹽度和海平面數據，插值構建海洋數據集；

步驟二,使用聚類算法對步驟一中構建的海洋標量數據進行聚類分析，根據聚類中心確定標量區間；

步驟三,根據步驟二中確定得到的標量區間劃分標量坐標數據，構建不同標量區間的三角網格數組；

步驟四,確定不同區間的顏色值，基于Cesium引擎的構建Geometry?Instances方法進行前端繪制，根據粒子的連續位置用粒子渲染繪制動態軌跡。

在上述技術方案基礎上，所述步驟一中包括：

S1,使用request和response方法加載用于存儲海洋網格數據的NetCDF文件；

S2,根據三角網格頂點值使用三角重心插值方法確定三角形中心標量值。

在上述技術方案基礎上，所述步驟二中包括：

S1,使用基于歐式距離的k-means聚類算法，以溫度數據為例，取溫度標量作一維聚類分析，得到聚類中心值；

S2,根據聚類中心值確定合適的閾值，劃分聚類空間。

在上述技術方案基礎上，所述步驟三為構建三角網格點經緯度存儲數組，針對每一個三角形，根據其中心標量值劃分到不同數組中。