基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法技术

本发明专利技术公开了基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法，它包括搭建3D环境，设计包含一个地球和宇宙背景的场景，将从Natural Earth获取的地图数据添加到所设计的地球上，然后从美国国家气象局操作的全球预报系统上下载天气数据，并进行解码，随后对数据进行风向快速参考、进行地转风近似求解，将矢量风投影到所设计的地球上，有限差分近似用于在插值过程期间估计该失真，最后设计交互需求，根据需要定义各种手势。本发明专利技术更加逼真地模拟了全球气候变化，增加了模型和数据的感知性和真实性，获得更高层次的信息细节，使用者不仅能够真实的感觉到研究的对象近在眼前，且还能通过手势操作研究对象，从而构建了一个直观的空间数据可视化分析环境。

Visualization method of global climate vector field data based on VR and gesture interaction technology

The present invention discloses VR and gesture interaction technology global climate vector field data visualization method based on it, including setting up the 3D environment, the earth and the universe design consists of a background scene, add the map data obtained from the Natural Earth to the earth, and then download the data from the global weather forecast system of the National Weather Bureau of operation, and decoding, followed by wind, quick reference geostrophic approximation to the data, the wind vector projection to the earth, the finite difference approximation used in the interpolation process during the estimation of the distortion, the final design Interactive demand, according to the definition of various gestures. The invention is more realistic simulation of global climate change, increasing the perceived and real models and data, to obtain a higher level of information details, users can not only feel the object of study in sight, and also through the research object gestures, analysis and construction environment from an intuitive space data visualization.

【技术实现步骤摘要】
基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法
本专利技术涉及计算机图形学
，特别是涉及基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法。
技术介绍
全球气候矢量数据可视化方法为传统气象矢量数据的显示提供了另一种直观清晰的表达方式，为相关人员提供了对气候数据进行分析的便利工具。气候数据一般有风、洋流等矢量场数据，针对三维矢量场数据，一般提供箭矢图、流图、线积分卷积等传统矢量场可视化方法，常用的还有图标法、几何法以及纹理法等。对于预报员而言，通过这些复杂的图文来获得对整个大气情况的理解是很难的。三维大气数据可视化方法，尤其是矢量数据的可视化，有设计粒子对流方法用动画表达矢量场数据，MeiHH,ChenHD,ZhaoX,LiuHN,ZhuB,ChenW.Visualizationsystemof3Dglobalscalemeteorologicaldata.RuanJianXueBao/JournalofSoftware,2016,27(5):1140-1150(inChinese)。本文在粒子对流方法模拟矢量风数据的同时，并且结合当前火热的VR，通过使用oculusri本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1)搭建3D环境，设计一个场景并根据球面体绘制方法构造一个球形代理几何；步骤2)获取由Natural Earth提供的地图数据，并对地图数据进行预处理，再绘制到步骤1)设计场景中的球体上；步骤3)获取由美国国家气象局操作的全球预报系统生成的天气数据，并对天气数据进行预处理；步骤4)对步骤3)中的数据进行风向快速参考，用于转换向量风分量、风速和风向；步骤5)对经步骤4)处理后获得转换后的向量风分量再进行地转风近似求解；步骤6)将步骤5)处理后的数据投影到步骤2)的球体上；步骤7)有限差分近似用于在步骤6)插值...

【技术特征摘要】
1.基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1)搭建3D环境，设计一个场景并根据球面体绘制方法构造一个球形代理几何；步骤2)获取由NaturalEarth提供的地图数据，并对地图数据进行预处理，再绘制到步骤1)设计场景中的球体上；步骤3)获取由美国国家气象局操作的全球预报系统生成的天气数据，并对天气数据进行预处理；步骤4)对步骤3)中的数据进行风向快速参考，用于转换向量风分量、风速和风向；步骤5)对经步骤4)处理后获得转换后的向量风分量再进行地转风近似求解；步骤6)将步骤5)处理后的数据投影到步骤2)的球体上；步骤7)有限差分近似用于在步骤6)插值过程期间估计该失真，确保风粒子路径被正确渲染，得到可视化结果；步骤8)交互设计，根据需求采用手势交互技术定义各种操作手势，实现全球气候矢量场数据可视化，操作手势包括水平竖直移动、旋转、放大及缩小。2.根据权利要求1所述的基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法，其特征在于步骤1)的球面体绘制方法如下：球面体绘制方法基于传统的光线投射算法，采用球面坐标表达构造一个球形代理几何，并以球面坐标系的三个空间维度坐标作为纹理坐标，以归一化后的三维体数据作为纹理坐标，以所述球形代理几何作为载体构造三维体数据的三维体纹理，而在绘制过程前，又将球面坐标转换回直角坐标表达，通过求解二次方程计算投射光线与代理几何的交点。3.根据权利要求1所述的基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法，其特征在于步骤2)中的地图数据预处理方法如下：将所获取的地图数据为GeoJSON格式转换为D3.js适用的TopoJSON格式，即首先在processing中安装GDAL和TopoJSON，然后将GeoJSON数据文件中边界线记录次数改为一次，且将浮点数据转换为整数形式。4.根据权利要求1所述的基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法，其特征在于步骤4)中的风向快速参考方法如下：由于所得到的气象风数据以角度表示，为方便计算，将角度转化成度，通过乘以DperR(180/π＝57.29578)将角度转换为度，并通过乘以RperD(π/180＝0.01745329)将角度转换为弧度：地理风坐标系：Ugeo，Vgeo；+Ugeo分量代表风向东，即西风；-Ugeo表示风向西，即东风；+Vgeo是风向北，即南风；地理风向：Dirgeo是相对于真正北方的方向，其中0＝北，90＝东，180＝南，270＝西，Dirgeo＝atan2(-Ugeo，-Vgeo)*DperR＝270-(atan2(Vgeo，Ugeo)*DperR)；水平风速Spd：Spd＝sqrt(Ugeo*Ugeo+Vgeo*Ugeo)；要从Dirgeo和Spd转换为Ugeo和Vgeo：Ugeo＝-Spd*sin(Dirgeo*RperD)；Vgeo＝-Spd*cos(Dirgeo*RperD)。5.根据权利要求1所述的基于VR及手势交互技术的全球气候矢量场数据可视化方法，其特征在于步骤5)中的地转风近似求解如下：步骤4)的风向快速参考转换了向量风分量，近似被分解成其两个水平分量U和V，U分量表示风的东西分量，V分量表示南北分量，风的U分量和V分量的两个公式如下：U＝((Y1-Y0)×R×Tavg×ln(P0/P1))/(2×omega×sin(lat)×(D^(2)))，V＝((X1-X0)×R×Tavg×ln(P1/P0))/(2*omega×sin(lat)×(D^(2)))其中：(Y1-Y0)为当前位置和另一个参考点之间的距离的南北分量的差值，以米为单位；(X1-X0)为当前位置和另一个参考点之间的东西向分量的差值，以米为单位；R为干燥空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢书芳，蔡历，王晨，高飞，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33