[发明专利]基于Web的临近空间大气风场实时自适应可视化方法

说明书

本发明提出一种基于Web的临近空间大气风场实时自适应可视化方法，根据视域范围的动态变化实时自适应的调整粒子数量和分布区域，使得不同视点高度和不同视域范围内均能获得合适的粒子数量和密度，并基于粒子追踪的方法生成合适密度的流线，进而表达该区域的临近空间大气风场运动特征，既能完整地表达大气风场的整体变化趋势，也能更加细致地刻画大气风场的局部细节特征，实现了不同分辨率下大气风场逼真流畅地动态可视化。

技术领域

本发明涉及3D可视化与临近空间大气风场交叉技术领域，主要涉及一种基于Web的临近空间大气风场实时自适应可视化方法。

背景技术

距离地面约20～100km的临近空间大气是地球大气的重要组成部分，其复杂的状态变化和动力学扰动直接影响临近空间飞行器的安全、航空航天活动和无线信息传输等人类活动，且对气候变化有着重要影响。临近空间大气风场是表征临近空间大气环境的重要参量之一，采用可视化方式直观揭示临近空间大气风场的时空分布状况和变化规律，对增进临近空间大气环境的理解具有重要意义。

临近空间大气风场数据既含有风速大小信息又含有风速方向信息，是一种矢量场数据。目前比较常用的矢量场数据可视化方法主要分为以下几种：(1)以点图标法为代表的直接可视化方法；(2)采用矢量线的几何可视化方法；(3)纹理可视化方法；(4)特征可视化方法。

然而，这些方法都有各自的缺陷。其中，点图标法和纹理法更适用于二维矢量可视化，在三维表达方面分别存在图标二义性和纹理遮挡的问题；基于特征的方法更加注重特征提取，其可视化结果很大程度上取决于特征提取算法的质量。基于几何的流场可视化方法采用粒子动画的方式表达矢量场数据的连续性和动态特征，被认为是一种更好的三维矢量场可视化表达方法。其中，流线可视化方法是目前应用最为广泛的一种几何可视化方法，该方法利用粒子随时间运动形成的轨迹来描述矢量场特征，符合流场运动特征，且易于实现，多用于海洋、气象矢量场可视化。但是，如何生成合适密度的流线，既不过于密集而造成视觉混乱，也不过于稀疏而丢失流场特征信息，仍然是流线可视化的一个难点和热点问题。且鲜有涉及临近空间大气风场垂直分层数据在Web数字地球平台上实时动态三维可视化表达方面的探讨。郭长顺等人提出的一种基于Web数字地球平台的临近空间矢量场数据多层次移动流线可视化方法，实现了临近空间大气风场数据的多层次、多时相、动态交互可视化，但是该方法着重在于全局风场特征的展示，局部区域风场特征因流线分布过于稀疏而存在缺失，且采用时序动画方式实现不同高度层间风场数据的快速切换易造成视觉混乱。

因此，亟需一种基于Web的临近空间大气风场自适应可视化系统及方法，既能完整的表达大气风场的整体变化趋势，也能更加细致的刻画大气风场的局部细节特征，并且还能够实现不同分辨率下大气风场逼真流畅地动态可视化，具有非常重要的实用价值和现实意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于Web的临近空间大气风场实时自适应可视化方法，主要是针对三维Web数字地球上如何以合适密度的流线动态表达临近空间大气风场矢量特征的问题，本发明根据视域范围的动态变化实时自适应的调整粒子数量和分布区域，使得不同视点高度和不同视域范围内均能获得合适的粒子数量和密度，并基于粒子追踪的方法生成合适密度的流线，进而表达该区域的临近空间大气风场运动特征，既能完整地表达大气风场的整体变化趋势，也能更加细致地刻画大气风场的局部细节特征，实现了不同分辨率下大气风场逼真流畅地动态可视化。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于Web的临近空间大气风场实时自适应可视化方法，具体包括如下步骤：

S1：获取临近空间大气风场数据，并对所述数据进行预处理，获得大气风场风速PNG图片；

S2：基于所述PNG图片和鼠标事件操作获取视点高度，确定视域范围和初始化粒子数量，自适应动态初始化放置种子点；

S3：根据所述自适应动态初始化种子点，迭代更新粒子位置，生成动态流线；