全球海洋再分析數(shù)據(jù)管理及可視化技術(shù)研究

1、全球海洋再分析數(shù)據(jù)管理及可視化技術(shù)研究隨著海洋探測(cè)儀器的發(fā)展,科研單位積累了海量海洋數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)通過把繁復(fù)抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為形象具體的圖像,使海洋數(shù)據(jù)能夠直觀展現(xiàn)海洋環(huán)境要素場(chǎng)的分布特征,提高海洋數(shù)據(jù)的研究利用能力,對(duì)進(jìn)一步研究海洋科學(xué)具有重要意義。由于海洋數(shù)據(jù)日益龐大,格式種類不一,如何對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一管理,實(shí)現(xiàn)高效三維可視化表達(dá)就顯得尤為重要。因此,本文研究多種三維可視化技術(shù),針對(duì)數(shù)據(jù)集特征設(shè)計(jì)一種三維數(shù)據(jù)編碼及管理方案,基于光線投射算法實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)三維可視化,針對(duì)該算法不足提出優(yōu)化方案,設(shè)計(jì)開發(fā)海洋環(huán)境要素場(chǎng)的三維可視化軟件系統(tǒng)。首先,分析原始數(shù)據(jù)特征,針對(duì)數(shù)據(jù)集龐大冗余的特點(diǎn)

2、設(shè)計(jì)了一種用于數(shù)據(jù)提取的三維數(shù)據(jù)編碼及存儲(chǔ)方法。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解析剖分,分別提取四種基本海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)集;設(shè)計(jì)三維數(shù)據(jù)編碼方案,將海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)的經(jīng)度、緯度、深度空間位置信息統(tǒng)一為一組編碼,減少數(shù)據(jù)冗余,便于快速定位海洋空間位置;將反映空間位置信息的三維數(shù)據(jù)編碼作為索引號(hào),各種環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)作為屬性值,設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位所需數(shù)據(jù)并進(jìn)行快速提取,高效地組織管理海量數(shù)據(jù)。其次,對(duì)三維數(shù)據(jù)可視化相關(guān)算法進(jìn)行分析和研究,比較和總結(jié)各自的優(yōu)缺點(diǎn);結(jié)合海洋環(huán)境要素場(chǎng)的分布特征,選擇光線投射算法作為可視化繪制的實(shí)現(xiàn)算法,重點(diǎn)研究其基本原理及計(jì)算過程,為其應(yīng)用在海洋環(huán)境要素場(chǎng)可視化中奠定基礎(chǔ);根據(jù)海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)特點(diǎn),利用光線投射算法實(shí)現(xiàn)多種類型的三維可視化顯示。再次,分析光線投射算法在海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)可視化應(yīng)用中的不足針對(duì)非均勻數(shù)據(jù)造成的圖像失真問題,在三維場(chǎng)深度方向通過插值算法進(jìn)行數(shù)據(jù)均勻化處理;針對(duì)重采樣環(huán)節(jié)的混合體素計(jì)算誤差問題,提出一種新的采樣點(diǎn)計(jì)算方法,結(jié)合自動(dòng)調(diào)整采樣步長(zhǎng)法提高重采樣效率;針對(duì)圖像合成環(huán)節(jié)計(jì)算低效問題,設(shè)計(jì)合適累積不透明度閾值提前終止光線投影合成過程;通過設(shè)置大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了改進(jìn)方案對(duì)海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)可視化具有良好的優(yōu)化效果。最后,在對(duì)海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)的三維可視化相關(guān)理論和技術(shù)的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件系統(tǒng)的