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1 篇 学位论文
1 篇 会议

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2 篇 电子文献
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1 篇 理学
- 1 篇 大气科学
1 篇 工学
- 1 篇 电子科学与技术（可...
- 1 篇 计算机科学与技术...

主题

2 篇 稀疏气象数据
1 篇 抛雪球算法
1 篇 体可视化方法
1 篇 体可视化算法
1 篇 渲染过程
1 篇 核函数
1 篇 绘制效率

机构

2 篇 中国科学院大学
1 篇 中国科学院计算技...

作者

2 篇 张博
1 篇 朱登明

语言

2 篇 中文

检索条件"主题词=稀疏气象数据"

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详细简洁

排序：

稀疏气象数据体可视化方法研究

稀疏气象数据体可视化方法研究

引用

作者：张博中国科学院大学

学位级别：硕士

体可视化，是指将三维体数据映射到二维图像上，以期能够洞察体数据的有用信息的技术。直接体绘制是体可视化的主要方法。传统的体绘制方法在处理气象数据时存在一定问题。首先，气象数据往往具有稀疏性，即零值数据占总量比例较大;其... 详细信息

体可视化，是指将三维体数据映射到二维图像上，以期能够洞察体数据的有用信息的技术。直接体绘制是体可视化的主要方法。传统的体绘制方法在处理气象数据时存在一定问题。首先，气象数据往往具有稀疏性，即零值数据占总量比例较大;其次，气象数据分布在地球表面，为结构化非规则网格。光线投射算法在处理此类数据时效率不高;而抛雪球算法虽然在处理稀疏数据以及非规则网格数据时具有优势，但需要CPU对体数据进行排序，进而浪费了CPU资源，且影响帧率。\n 针对上述问题，本文提出了一种能够完全在GPU上执行的抛雪球算法——顺序无关抛雪球算法，相对于传统的抛雪球算法，避免了CPU参与渲染过程，节省了CPU计算资源。实验表明，对于稀疏气象数据的体可视化，该方法在速度和效果上都有较好的结果。本文主要贡献在于将顺序无关透明方法融入到抛雪球算法当中，实现完全基于GPU的体绘制方法。具体地，本文取得了以下创新性研究成果:\n (1)提出了一种基于自适应DOM的顺序无关透明算法\n 为了使体可视化算法完全在GPU上执行，避免体数据在CPU上排序，需要在常数时间复杂度下计算出体数据的可见性。DOM方法通过保存光线路径上不同点处的不透明度累加值来拟合可见性函数。原始的DOM方法中，不透明度图的位置需要人为指定，算法的自动化程度低，且影响对可见性函数拟合的准确度。本文提出一种自适应DOM算法，能够自适应地确定不透明度图位置，减少了人工操作，并提高了拟合可见性函数的准确度。同时，原始DOM方法只能渲染不透明度较小的片元，本文算法针对此问题做了改进，扩展了不透明度的可取值范围。本算法使用更加先进的渲染技术进行实现，能够有效应用于体绘制当中。\n (2)提出了一种基于球体高斯核函数的抛雪球算法\n 采用何种重建核函数应取决于体数据的特点。基于椭球体高斯核函数的抛雪球算法能够较好的重建各类体数据，但在存储和计算上都有很大开销。本文使用球体高斯函数作为核函数，节省了存储空间;相应地进行数据预处理，提出规则网格的“辐射一致性”指标，对原始网格插值生成体心立方网格，使其与数据场重建方法相适应;提出一种透视投影下，计算三维球体高斯核函数的足迹函数的方法，该方法降低了存储空间的需求，减少了计算量，有效提高了渲染速度。\n (3)搭建了一个气象数据可视化系统AtmVis\n 为了满足大范围内大气数据可视化的需求，本课题实现了气象数据可视化系统AtmVis。功能包括近地空间虚拟地球的绘制，气象数据体可视化算法的搭载，以及在此基础上实现的气象数据与地表纹理的体面混合绘制。该系统采用LOD的地球纹理，可在不同视角下对地球表面以及气象数据进行观测，使用户加深了对气象数据的定位以及对可视化结果的理解;参照NASA World Wind系统的交互方式，拥有流畅的交互体验;通过多级对列来管理内存和显存中的纹理资源，保证了运行的稳定性;通过可见性预判模块来避免加载多余纹理，保证了渲染的实时性。该系统具有良好的实现，能够为大范围内的气象数据可视化提供统一平台。

关键词：稀疏气象数据体可视化方法抛雪球算法渲染过程

来源：评论

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一种面向稀疏气象数据的体可视化算法

一种面向稀疏气象数据的体可视化算法

引用

第十届中国计算机图形学大会暨第十八届全国计算机辅助设计与图形学会会议

作者：张博朱登明中国科学院计算技术研究所北京中国 100190 中国科学院大学北京中国 100083 中国科学院计算技术研究所北京中国 100190

气象数据通常具有稀疏性,而传统的体可视化算法,光线投射算法难以有效处理空白数据网格,导致绘制效率较低;抛雪球算法需要对网格进行排序,需要消耗CPU计算资源,且影响渲染速度.针对上述问题,本文提出一种完全在GPU上执行的抛雪球算法.首... 详细信息

气象数据通常具有稀疏性,而传统的体可视化算法,光线投射算法难以有效处理空白数据网格,导致绘制效率较低;抛雪球算法需要对网格进行排序,需要消耗CPU计算资源,且影响渲染速度.针对上述问题,本文提出一种完全在GPU上执行的抛雪球算法.首先,提出规则网格的"辐射一致性"指标,对原始网格插值生成体心立方网格,增强了核函数对数据场的重建能力;其次,提出了一种自适应的DOM算法,该算法能够在常数时间复杂度下计算网格点的可见性,从而实现顺序无关透明;最后,使用球体高斯函数作为核函数,能够有效节省存储空间,并降低了求解足迹函数的计算量.实验结果表明,该方法适用于气象数据的体可视化,与光线投射算法和传统抛雪球算法相比,有极大的速度提升.

关键词：稀疏气象数据体可视化算法核函数绘制效率

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