基于OpenGL的气象可视化系统的设计与实现

论文摘要

当前大气探测的手段在不断提高,人们获得气象数据的途径越来越多,数据量也越来越大,如何更加有效地利用这些数据,客观地解释这些数据成为人们十分关心的问题。随着计算机图像、图形技术的发展,凭借计算机的巨大处理能力,科学计算可视化技术能够把巨大数量的数据转换为静态或动态图像或图形呈现在人们的面前,为人们分析、理解数据、形成概念和找出规律提供了强有力的手段。目前,针对气象数据方面的可视化软件在国内还不多见,而常用的气象显示分析软件,不是功能不够,就是太专业。因此,研究和开发气象可视化系统,将观测及数值预报计算出来的大量气象数据进行有效的处理和三维图形显示,使气象预报工作者能够更直观、更深入理解大气演变信息,从而做出有效的天气预报是十分必要的。本文介绍了科学计算可视化的理论及主要技术,分析和研究了国内外应用于气象的主要显示分析软件的特点及应用于气象业务的不足,根据OpenGL的技术特点,选择了基于OpenGL的软件开发方案,利用我国气象业务部门普遍使用的MICAPS的预处理数据,进行了Delaunay三角网剖分建模和三角片顶点法向量计算,并通过OpenGL实现三维显示,开发完成了适合气象业务部门使用的气象标量数据的三维可视化系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 气象可视化中的主要技术
• 1.2.1 可视化映射技术
• 1.2.2 数据管理与操纵技术
• 1.2.3 人机界面技术
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 国内外应用于气象的主要显示分析软件
• 1.4.1 Micaps
• 1.4.2 Vis5D
• 1.4.3 AVS/Express
• 1.4.4 GrADS
• 1.5 论文的研究目标
• 1.6 论文的组织安排
• 第二章 气象数据场三维可视化技术
• 2.1 气象数据场可视化方法
• 2.1.1 标量场数据可视化
• 2.1.2 矢量场数据的可视化
• 2.2 三维空间数据场可视化的基本流程
• 2.3 三维空间数据场可视化算法简述
• 2.4 Delaunay 三角网剖分算法
• 2.4.1 分割—归并算法
• 2.4.2 逐点插入法
• 2.4.3 三角网生长法
• 2.5 数据存储结构
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于 OpenGL 的可视化
• 3.1 OpenGL 简介
• 3.1.1 OpenGL 特点
• 3.1.2 OpenGL 功能
• 3.1.3 OpenGL 的工作过程
• 3.1.4 OpenGL 中的变换
• 3.1.5 OpenGL 中的消隐
• 3.2 OpenGL 中三维可视化的关键技术
• 3.2.1 投影变换
• 3.2.2 视图变换和模型变换
• 3.2.3 三维显示的光照模型
• 3.3 C++ Builder 6.0 环境下 OpenGL 开发的方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统需求分析
• 4.1 系统现状研究
• 4.2 系统数据分析
• 4.3 天气分析预报对资料的显示分析需求
• 4.4 气象信息显示分析的特点
• 4.5 系统运行环境要求
• 4.6 技术方案的选择
• 4.7 本章小结
• 第五章 气象三维可视化系统的设计与实现
• 5.1 系统设计与功能模块
• 5.1.1 数据集预处理模块
• 5.1.2 人机交互模块
• 5.1.3 三维图形生成模块
• 5.1.4 三维图形绘制模块
• 5.1.5 各模块间的关系
• 5.2 数据来源及格式说明
• 5.3 基于 OpenGL 的气象三维可视化实现
• 5.3.1 顶点集的 Delaunay 网格化
• 5.3.2 图形顶点向量的计算处理
• 5.3.3 三维图形的绘制
• 5.3.4 交互式操作的实现
• 5.3.5 透明性参数
• 5.4 系统的主要功能及实现步骤
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果