[发明专利]极地投影模式下多变量时空数据的可视化方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种极地投影模式下多变量时空数据的可视化方法。

背景技术

地球系统模式是研究全球气候变化问题的重要工具，通过在水平方向上将地表在二维正交经纬空间中按照一定间隔进行网格划分，在垂直方向上分别对地球各圈层（主要有大气、海洋、海冰、陆面）按照不同高度间隔进行分层，然后构建不同圈层的数值模拟动力框架和参数化方案，并将其程序化，然后在高性能计算机上进行数值模拟。由于在二维经纬空间上南、北极区域形状变化较大且不能保持连续性和整体性，因此直接在二维经纬空间上对模式模拟的极地区域上海冰或大气运动的物理量进行可视化，无法有效地观察和分析变量在极地区域上的分布情况。

目前，已经有大量的方法和系统能够支持二维正交经纬空间上的多变量时空数据可视化，但是在极地投影模式下，高效、实时、可交互的可视化方法尚不多见。传统的支持二维显示空间的地学可视化工具，如NCL、GrADS，不支持并行控制，且只能通过脚本进行控制，无法在显示窗口中直接交互。支持大型规模数据可视化的交互式软件系统，如VisIt、Paraview，将二维经纬坐标空间变换到三维球面坐标空间，然后采用正投影变换到极地投影空间的方法，虽然保证了极地区域的连续性和整体性，但是变换过程计算量较大、实时性和交互性远远不够，支持的投影手段也比较有限。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为达到上述目的，本发明的实施例提出一种极地投影模式下多变量时空数据的可视化方法，包括以下步骤：S1：获得目标变量和地理区域数据；S2：根据所述目标变量绘制目标变量可视化图像；S3：根据地理区域数据绘制地理区域背景；以及S4：根据所述目标变量可视化图像和所述地理区域背景显示效果图像。

根据本发明实施例的方法，实现了二维正交经纬空间到二维极地投影空间的三种极地投影变换方法，支持二维正交经纬空间和二维极地投影空间中统一的标量和矢量表示方式和绘制方法，提供了地理区域背景的辅助定位信息，使用户克服了二维正交经纬空间中极地区域不连续的问题，高效、实时和交互地观察和比较变量在极地区域的分布情况。

本发明的一个实施例中，当所述目标变量为标量时，所述步骤S2包括：S21：采用等角或等积或等距投影变换，将所有网格顶点从二维正交经纬空间映射到二维极地投影空间；S22：使用标量绘制方法根据所述目标标量在二维极地投影空间中绘制标量可视化图像。

本发明的一个实施例中，所述步骤S22包括：S221：根据标量数值区间和颜色区间的映射关系，建立颜色查找表；S222：在二维极地投影空间中，根据网格顶点上的标量数值搜索所述颜色查找表，获取网格顶点的颜色值，并生成一幅与数据网格分辨率相同的纹理图像；S223：将所述网格顶点的颜色映射到所述纹理图像像素上；S224：根据清晰度的需求，生成绘制网格，计算所述绘制网格中所有网格顶点的纹理坐标，将所述纹理图像贴到所述绘制网格上；S225：通过图形硬件对所述纹理图像进行双线性插值，生成所述绘制网格所在的图像空间中所有像素点的颜色值，从而生成标量可视化图像。

本发明的一个实施例中，所述网格分辨率相同，是指网格的横纵向格点数与图像的横纵方向像素树木相同。

本发明的一个实施例中，当所述目标变量为矢量时，所述步骤S2包括：S23：通过极地投影变换和矢量的空间变换，将矢量从二维正交经纬空间变换到二维极地投影空间；S24：使用矢量绘制方法，在二维极地投影空间中绘制矢量可视化图像。

本发明的一个实施例中，所述步骤S23进一步包括：S231：通过极地投影变换，将所有网格顶点从二维正交经纬空间变换到二维极地投影空间；S232：通过矢量空间变换，将矢量从二维正交经纬空间变换到二维极地投影空间。

本发明的一个实施例中，所述步骤S24包括：S241：在二维极地投影空间中，生成单位矢量图元的所有顶点；S242：每个矢量所在网格顶点或网格单元上，根据矢量分量所定义的方向进行旋转操作，根据矢量的长度进行放缩处理，获得该矢量所映射图元的顶点坐标和拓扑信息；S243：根据矢量长度区间和颜色区间的映射关系，建立颜色查找表；S244：根据所述矢量长度搜索所述颜色查找表，获取矢量图元的颜色；S245根据所述矢量图元的顶点坐标和拓扑信息，使用获得的所述矢量图元颜色，生成矢量可视化图像。