一种风特征时空过程可视化方法技术

本发明专利技术提供一种风特征时空过程可视化方法，包括如下步骤：分析风场属性及风场数据包含的特征要素在不同空间尺度下的表达特点，确定风的重要特征；建立风特征与风场数据之间的表达关系；对风特征表示模型中的风场基本属性逐一进行视觉编码，构建从风场数据到可视化表达之间的动态映射；采用基于粒子平流的方法，对t

【技术实现步骤摘要】
一种风特征时空过程可视化方法
本专利技术涉及风暴探测领域，具体涉及一种针对风特征的时空过程可视化方法。
技术介绍
对于风暴要关注风暴的运动轨迹、变化趋势，以及风眼、眼墙、风圈等关键特征的时空变化过程。由于工作时效性的要求，需要专业人员在短时间内做出判断。以风暴观测数据为基础，利用可视化的手段帮助气象学家快速直观的分析、理解风暴的时空特征时空过程，预测风暴活动做出相关决策是当前的主要手段之一。风暴探测形成的风场数据包括位置、时间、速度等信息。通常都是将风场数据进行直接可视化，展现的是一个区域内某一时刻下探测到的风场数据。对于风暴的特征可视化研究主要集中在两种方式：(1)在视觉感知增强方面，通过增强风场某一特征区域的位置、大小、形状、方向、颜色等视觉通道信息，提高视觉空间展现力；(2)以利用统计图表、多视图协同的方式来达到突出最大风速、平均风速等特征。另外，在风暴时空过程这一重要信息的表达上，时变过程动画方式是通过播放渲染结果生成的动态图像，可以很好地应用于空间过程的可视化。粒子驱动算法，通过控制粒子的形状、外观和密度，动态表达流场中矢量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风场特征时空过程可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、基于风特征与风场数据之间的表达关系，确定需要进行分析的风特征，构建该风特征表示模型；/nS2、根据S1构建的风特征表示模型，对模型中的风场基本属性逐一进行视觉编码；/nS3、选取两个风场数据探测时刻，形成需要进行分析的一段时间过程t

【技术特征摘要】
1.一种风场特征时空过程可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于风特征与风场数据之间的表达关系，确定需要进行分析的风特征，构建该风特征表示模型；
S2、根据S1构建的风特征表示模型，对模型中的风场基本属性逐一进行视觉编码；
S3、选取两个风场数据探测时刻，形成需要进行分析的一段时间过程t1-t2；
S4、根据风场数据的探测时刻，将S3中的时间过程t1-t2分为W组，W＝(t2-t1)/in_T，其中in_T为风场数据探测的时间间隔；划分后每组的时间间隔为in_T，设定每组起始时刻ti、终止时刻ti+1；
S5、采用基于GPU的粒子平流方法，根据S2中的风场基本属性的视觉编码，读取风场数据，在S4中选定一组Ws的起始时刻ti，i≥0，对选定的风特征进行可视化显示，1≤Ws≤W；
S6、根据S4中第Ws组的ti至ti+1时间段，i≥0，对选定风特征进行时空插值，形成ti＜t＜ti+1之间的时空过程演化模拟数据，并对模拟出的每一时间分辨率下的风特征演化数据进行可视化显示，t表示时间；
S7、采用基于GPU的粒子平流方法，根据S2中的风场基本属性的视觉编码，读取风场数据，在Ws组的终止时刻ti+1，i≥0，对选定的风特征进行可视化显示；至此，完成S4中一组时间间隔内的风特征可视化；
S8、对剩余组时间间隔内的风特征分别循环操作S5-S7，直至完成对所有组时间间隔的风特征可视化。


2.根据权利要求1所述的一种风场特征时空过程可视化方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程为：
S11、建立通用的风特征表示模型；
S12、确定所研究的风特征，建立该风特征的表示模型；
S13、根据步骤S12所确定的风特征表示模型，逐一完成风场数据到风场基本属性的表示。


3.根据权利要求2所述的一种风场特征时空过程可视化方法，其特征在于，所述步骤S11中，建立风特征表示模型的具体过程为：
S111、对通用的风特征进行分析，在风特征研究中，风场的特征包括风速的强度、风向的空间分布及其时空变化和风场的结构特征，风场的结构特征包括风眼壁、风圈、风眼，通过对这些特征的分析，将风特征分解为风场的基本属性WA，包括风场的位置、风速和风向；
WA＝{时间，位置，速度，方向，气压，风圈半径(radiusw)…}
S112、定义风特征表示模型WFF：
WFF＝<WA1，WA2，WA3，...，WAn>
WAi是风场的第i个基本属性，i＝1、2、3、…、n，n表示风场的基本属性的总类型数，不同的风特征对应不同的WFF，其参数取决于表达和分析的需要，WFF中的每个基本属性WA都可以从风场数据转换得到。


4.根据权利要求2所述的一种风场特征时空过程可视化方法，其特征在于，所述步骤S13中，风场基本属性用风场数据表达的过程为：
S131、定义区域内的每一层风场，公式如下：



其中，v为风场中时刻t、位置pos的风速矢量，并且有t≥0，是当前位置pos＝(lon，lat)沿经线方向风速分量大小，lon表示当前位置的经度，lat表示当前位置的纬度；vv为当前位置沿纬线方向风速分量大小；
S132、根据风场数据，逐一完成风场数据至风场基本属性的转换，以速度属性为例，WAspeed(p(t)；t)＝|uwind(p(t)；t)×vwind(p(t)；t)|；
其中，speed(p(t)；t)为风场中时刻t、位置p的风速值，uwind(p(t)；t)为步骤S131风场数学定义中沿经线U方向风速分量，vwind(p(t)；t)为风场数学定义中沿纬线V方向风速分量。


5.根据权利要求1所述的一种风场特征时空过程可视化方法，其特征在于，所述步骤S2中，对风特征表示模型中的风场基本属性逐一进行视觉编码的方法，具体为：
S21、定义需使用的视觉特征VFW，包括Position、Hue、Luminance、Length、Orientation、Shape；其中Position、Hue、Luminance、Length、Orientation、Shape分别代表空间位置、色调、亮度、长度、方向以及形状的视觉特征；
S22、对风场属性逐一进行视觉映射，以风场速度属性speed为例，速度大小可以由视觉特征中轨迹长度length，亮度luminance，色调hue以及风圈半径shaper表示，因此有：
hue＝fhue(pressure(p(t)；t))



luminance＝flum(speed(p(t)；t))
shaper＝fconr(speed(p(t)；t)，rw)
其中，speed(p(t)；t)为风场中时刻t、位置p的风速值，pressure(p(t)；t)为风场中时刻t、位置p的压强值，为t0-t1时间段内风速的积分值，t0表示当前风场所在帧时刻，t1表示下一风场帧所在时刻，fhue和flum是色调和亮度映射函数，设置为离散映射或连续映射，以满足不同的可视化需求，压强决定色调在哪个颜色段，亮度和轨迹长度的变化反映风速，fconr是由风速和风圈半径rw决定的形状半径映射函数；至此，根据步骤S1、S2，完成风场数据、风场基本属性、风特征和视觉特征的转换。


6.根据权利要求1所述的一种风场特征时空过程可视化方法，其特征在于，所述步骤S5的具体过程为：
S51、在二维风场中生成第k帧的随机噪声场P(p(k)；k)，使得其中的噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑坤，慈谕瑶，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42