基于八叉樹的三維粒子系統(tǒng)模擬大規(guī)模海洋氣候的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及三維技術領域，尤其涉及一種采用基于八叉樹的三維粒子系統(tǒng)展示全球海洋氣候的方法。
【背景技術】
[0002]在現(xiàn)有應用中，存在使用四叉樹三維粒子系統(tǒng)展現(xiàn)大規(guī)模天氣數(shù)據(jù)的技術實現(xiàn)，但是四叉樹通常用于地圖的分割和地表位置的索引，不能表達空間屬性。受限于四叉樹的二維分割特性，在實際應用中，只能將天氣數(shù)據(jù)依附于地表，失去其空間屬性。
[0003]粒子系統(tǒng)表示三維計算機圖形學中模擬一些特定的模糊現(xiàn)象的技術，而這些現(xiàn)象用其它傳統(tǒng)的渲染技術難以達到真實感。經常使用粒子系統(tǒng)模擬的現(xiàn)象有火、爆炸、煙、水流、火花、落葉、云、霧、雪、塵、流星尾跡或者像發(fā)光軌跡這樣的抽象視覺效果等等。但是現(xiàn)有粒子系統(tǒng)技術并沒有充分應用于展示海洋氣候變化上。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于八叉樹的三維粒子系統(tǒng)展示海洋氣候的方法，從而解決現(xiàn)有技術中存在的前述問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述基于八叉樹的三維粒子系統(tǒng)模擬大規(guī)模海洋氣候的方法，該方法:
[0006]S1，將海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)以八叉樹的索引方式存儲在空間數(shù)據(jù)庫；
[0007]S2，從所述空間數(shù)據(jù)庫中，獲取數(shù)字地球上的目標觀測區(qū)域內，在指定時間段的八叉樹數(shù)據(jù)集合A ；
[0008]S3，將數(shù)字地球上的目標觀測區(qū)域按照八叉樹的原理劃分成多個子空間，在劃分的每個子空間內，放置粒子發(fā)射器；
[0009]S4，建立八叉樹數(shù)據(jù)集合A中數(shù)據(jù)與子空間內粒子發(fā)射器的關聯(lián)關系，根據(jù)數(shù)據(jù)特征設置子空間內的粒子發(fā)射器參數(shù)，使所述粒子發(fā)射器發(fā)射的粒子沿橢球坐標軌跡運行。
[0010]優(yōu)選地，步驟S1中，所述海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)包括任意一個觀測區(qū)域中的任意一個測點數(shù)據(jù)包括:海洋氣候數(shù)據(jù)和洋體的物理環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0011]更優(yōu)選地，所述海洋氣候數(shù)據(jù)包括:海洋上空任意一個高度的云層覆蓋、風向、溫度N氣壓。
[0012]優(yōu)選地，從八叉樹根向下分裂，最高分裂至15級；步驟S1中，按八叉樹存儲和索引測點數(shù)據(jù)，具體按照下述步驟實現(xiàn):將空間數(shù)據(jù)庫中所有測點的原始數(shù)據(jù)作為第15級數(shù)據(jù)，以第15級數(shù)據(jù)為基礎，向上插值合并，得到第14級數(shù)據(jù)，依照向上合并的方法，建立金字塔，直至合并獲得八叉樹根數(shù)據(jù)位置。
[0013]更優(yōu)選地，在計算任意一個測點Μ未覆蓋子區(qū)間時，在所述未覆蓋子區(qū)間周圍已知測點測值的基礎上，采用插值算法計算未覆蓋子區(qū)間的測值。
[0014]優(yōu)選地，步驟S2中，每一屏幕內，粒子發(fā)射器的數(shù)量小于等于1200個。
[0015]優(yōu)選地，所述粒子發(fā)射器發(fā)射的粒子的物理特性為橢球軌跡，任意一個粒子A的發(fā)射矢量中包括發(fā)射方向和力度，所述發(fā)射方向和所述力度是一組由經度、瑋度和高程組成的向量，幀刷新時，粒子A當前橢球坐標與發(fā)射矢量相加，得到所述粒子A的新橢球坐標點，再將粒子A的新橢球坐標點轉換為笛卡爾坐標，將該笛卡爾坐標渲染在屏幕空間上顯不ο
[0016]優(yōu)選地，所述粒子發(fā)射器參數(shù)包括發(fā)出粒子的發(fā)射點、方向、力度、粒子生命周期、顏色和紋理。
[0017]優(yōu)選地，在步驟S4之后，還包括:按照測點的數(shù)據(jù)類型，對所述測點的粒子進行GPU真實渲染，完成所述粒子在數(shù)字地球上的著色。
[0018]優(yōu)選地，在數(shù)字地球上，隨目標觀測區(qū)域變化，觀測區(qū)內粒子發(fā)射器數(shù)量保持不變，且不能超于預先設定的數(shù)量，當目標觀測區(qū)域變化時，直接從步驟S2開始進行下一個目標區(qū)域的三維粒子模擬大規(guī)模海洋氣候。本發(fā)明的有益效果是:
[0019]本發(fā)明中，采用八叉樹算法，將海洋上空、洋體作為統(tǒng)一空間對象，按照八叉樹原理分割和索引空間。使用八叉樹管理海洋氣候數(shù)據(jù)，包括海洋上空云層、天氣，以及海底洋流、溫度、酸堿度等物理化學屬性。采用八叉樹后，能明確表達數(shù)據(jù)的空間屬性，便于快速檢索，在任何細節(jié)層面，都可以通過有限的、可承載、可快速展示的數(shù)據(jù)量，表現(xiàn)數(shù)據(jù)特征、還原真實監(jiān)測結果。
[0020]本發(fā)明將粒子系統(tǒng)的粒子發(fā)射器放置于八叉樹的子空間，根據(jù)數(shù)字地球的觀測區(qū)域，查詢視野內的最佳子空間集合，在每一個子空間內放置粒子發(fā)射器，實現(xiàn)滿屏的數(shù)據(jù)模擬展現(xiàn)。粒子系統(tǒng)直接利用GPU計算，輕松實現(xiàn)的輕量級渲染負荷，在普通PC上，同屏動態(tài)渲染百萬級數(shù)據(jù)，依然流暢。
[0021]本發(fā)明改進了粒子發(fā)射器的算法。本發(fā)明對粒子坐標和軌跡的記錄，不使用笛卡爾坐標系，而采用橢球坐標系，粒子從發(fā)射點到銷毀點的運行過程中，除了考慮方向、強度、衰減等物理因素，還加入了向心力因素，從而實現(xiàn)弧形軌跡繪制，從而獲得更真實的展現(xiàn)效果Ο
【附圖說明】
[0022]圖1是所述基于八叉樹的三維粒子系統(tǒng)模擬大規(guī)模海洋氣候的方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]實施例
[0025]參照圖1，本實施例所述基于八叉樹的三維粒子系統(tǒng)模擬大規(guī)模海洋氣候的方法，該方法:
[0026]S1，將海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)以八叉樹的索引方式存儲在空間數(shù)據(jù)庫；
[0027]S2，從所述空間數(shù)據(jù)庫中，獲取數(shù)字地球上的目標觀測區(qū)域內，在指定時間段的八叉樹數(shù)據(jù)集合A ；
[0028]S3，將數(shù)字地球上的目標觀測區(qū)域按照八叉樹的原理劃分成多個子空間，在劃分的每個子空間內，放置粒子發(fā)射器；
[0029]S4，建立八叉樹數(shù)據(jù)集合A中數(shù)據(jù)與子空間內粒子發(fā)射器的關聯(lián)關系，根據(jù)數(shù)據(jù)特征設置子空間內的粒子發(fā)射器參數(shù)，使所述粒子發(fā)射器發(fā)射的粒子沿橢球坐標軌跡運行。所述粒子發(fā)射器參數(shù)包括發(fā)出粒子的發(fā)射點、方向、力度、粒子生命周期、顏色和紋理。
[0030]在數(shù)字地球上，隨目標觀測區(qū)域變化，觀測區(qū)內粒子發(fā)射器數(shù)量保