CN104867181A - 气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法，包括以下步骤：当虚拟相机相对于三维地球模型被调整到特定的位置和姿态时，确定从虚拟相机的位置观察到的三维地球模型的第1可视区域的地理坐标范围；对第1可视区域的地理坐标范围进行预设幅度的扩充，得到第2地理坐标范围；获得第2地理坐标范围包含的所有的气象数据集合；对气象数据集合中的气象数据进行预处理后，将处理后的气象数据进行图形图像转化，得到三维地球场景中的气象图形图像；然后，渲染输出三维气象场景图像。优点为：通过可视区域的界定，仅将与可视区域相关的气象数据进行必要的处理和输出，可有效提高三维气象模型交互显示速度，增强用户使用体验。

Description

气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法

技术领域

本发明属于气象元素三维显示技术领域，具体涉及一种气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法。

背景技术

气象元素包括大气湿度、气压、气温、大气水温廓线、云量、降水、太阳辐射等众多参数。为使气象工作者直观、全面的观察和分析气象数据，需要将气象数据进行图像化展示。

传统的气象数据图像化展示方式为二维平面图。具体的，将来自于有限气象站点的气象数据，经过不同的数据分析处理后，生成确定分辨率确定区域的气象图，例如，气压图。

然而，传统的二维气象数据图像化展示方式，具有气象数据展示的直观度和逼真度有限等问题，因此，人们迫切希望采用三维化方法展示气象元素。

现有技术中已出现了少量三维化方法展示气象元素的技术，其主要方法为：以一个经纬度间隔2.5度等间隔分布的气压数据为例，首先得到144×37的气压数据源；然后，对气压数据源进行插值处理，生成1920×1080的高清标准数据；然后，将全部的高清标准数据进行纹理创建等图形图像转化，得到纹理图像；最后经渲染得到三维气象模型，并将三维气象模型输出。

然而，上述方法存在的主要问题为：在得到三维气象模型后，为全面观察三维气象模型所显示的气象元素，需要不断调整虚拟相机的位置和姿态，例如，对虚拟相机进行俯仰、推拉、平移等动作；而每当调整一次相机的位置和/或姿态时，均需要加载完整的三维气象模型，由于三维气象模型中包含有面积较大的纹理，因此，具有加载速度慢的问题，从而降低了三维气象模型交互显示速度，影响了用户使用体验。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法，可有效提高三维气象模型交互显示速度，增强用户使用体验。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法，包括以下步骤：

S1，配置气象数据源；所述气象数据源中存储每个气象数据与其所在的世界地理坐标的对应关系；

S2，在虚拟空间创建三维地球模型以及虚拟相机；

S3，当所述虚拟相机相对于所述三维地球模型被调整到特定位置和姿态时，根据所述虚拟相机的特定位置和姿态，确定从所述虚拟相机的位置观察到的所述三维地球模型的第1可视区域的地理坐标范围；

S4，对所述第1可视区域的地理坐标范围进行预设幅度的扩充，得到第2地理坐标范围；

S5，读取S1配置得到的所述气象数据源，获得所述第2地理坐标范围包含的所有的气象数据集合；

S6，对所述气象数据集合中的气象数据进行预处理后，将处理后的气象数据进行图形图像转化，得到三维地球场景中的气象图形图像；然后，渲染输出三维气象场景图像。

优选的，S1中，所述气象数据源为数据库或数据文件。

优选的，S3中，所述虚拟相机的特定姿态包括：虚拟相机与三维地球模型的相对位置、虚拟相机的视线方向和偏转角。

优选的，S6具体为：

对所述气象数据集合中的气象数据进行必要的插值计算和图形图像处理，生成纹理图像或图形；然后，将所述纹理图像或图形变换到所述三维地球模型的对应地理位置；然后，仅将包含三维地球模型和所述纹理图像或图形的三维气象场景渲染输出。

优选的，对所述气象数据集合中的气象数据进行必要的插值计算和图形图像处理，具体为：

不同类型的气象数据采用相同或不相同的图形图像算法进行处理；同一类型的气象数据采用相同或不相同的图形图像算法进行处理。

优选的，S6具体为：对所述气象数据集合中的气象数据进行三维建模，并输出建模得到的气象数据模型。

本发明提供的气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法具有以下优点：通过可视区域的界定，仅将与可视区域相关的气象数据进行必要的处理和输出，可有效提高三维气象模型交互显示速度，增强用户使用体验。

附图说明

图1为本发明提供的气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法的流程示意图；

图2为虚拟相机相对于三维地球模型被调整到某个特定位置和姿态时，所确定的从虚拟相机的位置观察到的三维地球模型的第1可视区域的地理坐标范围；

图3为虚拟相机相对于三维地球模型被调整到另外一种特定位置和姿态时，所确定的从虚拟相机的位置观察到的三维地球模型的第1可视区域的地理坐标范围。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

结合图1，本发明提供一种气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法，每当调整虚拟相机的位置和姿态后，通过界定从虚拟相机的位置观察到的三维地球模型的可视区域，进行数据需求预测，即：自适应的选择与可视区域相关的气象数据；然后，仅将与可视区域相关的气象数据进行必要的处理后，将处理后的气象数据变换到三维地球模型的对应地理位置；并且，不需要加载完整的三维气象场景，仅需要加载三维地球模型中与可视区域相关的气象场景，从而提高了气象场景的加载速度，进而提高三维气象模型交互显示速度，增强用户使用体验。

具体的，包括以下步骤：

S1，配置气象数据源；所述气象数据源中存储每个气象数据与其所在的世界地理坐标的对应关系；

本步骤中，气象数据源包括但不限于数据库或数据文件。

S2，在虚拟空间创建三维地球模型以及虚拟相机；

S3，当所述虚拟相机相对于所述三维地球模型被调整到特定位置和姿态时，根据所述虚拟相机的特定位置和姿态，确定从所述虚拟相机的位置观察到的所述三维地球模型的第1可视区域的地理坐标范围；

其中，虚拟相机的特定位置和姿态包括：虚拟相机与三维地球模型的相对位置、虚拟相机的视线方向和偏转角。如图2所示，为虚拟相机相对于三维地球模型被调整到某个特定位置和姿态时，所确定的从虚拟相机的位置观察到的三维地球模型的第1可视区域的地理坐标范围；

如图3所示，为虚拟相机相对于三维地球模型被调整到另外一种特定位置和姿态时，所确定的从虚拟相机的位置观察到的三维地球模型的第1可视区域的地理坐标范围。

比较图2和图3可以看出，在图2中，虚拟相机相对于三维地球模型的距离较远，因此，三维地球模型位于虚拟相机的可视区域的地理坐标范围较大；而在图3中，虚拟相机相对于三维地球模型的距离较近，因此，三维地球模型位于虚拟相机的可视区域的地理坐标范围较小。也就是说，虚拟相机相对于三维地球模型的距离越近，三维地球模型位于虚拟相机的可视区域的地理坐标范围越小。

S4，对所述第1可视区域的地理坐标范围进行预设幅度的扩充，得到第2地理坐标范围；

本步骤中，对第1可视区域的地理坐标范围进行一定幅度的扩充，主要目的为：当虚拟相机相对于三维地球模型的姿态进行小幅度调整时，不需要重新加载与可视区域相关的气象场景，即可直接输出三维气象场景，进一步提高三维气象场景输出效率。

例如，对于画面输出分辨率W×H，考虑亚像素级别的渲染等，数据处理以及图形图像转化的目标固定为2W×2H，可以满足不同视界需求。当然，对第1可视区域的地理坐标范围进行扩充的具体幅度值，根据实际需求灵活调整，本发明对此并不限制。

S5，读取S1配置得到的所述气象数据源，获得所述第2地理坐标范围包含的所有的气象数据集合；

S6，对所述气象数据集合中的气象数据进行预处理后，将处理后的气象数据进行图形图像转化，得到三维地球场景中的气象图形图像；然后，渲染输出三维气象场景图像。

本步骤具体可采用两种方式实现：

方式一：

对所述气象数据集合中的气象数据进行必要的插值计算和图形图像处理，生成纹理图像或图形；然后，将所述纹理图像或图形变换到所述三维地球模型的对应地理位置；然后，仅将包含三维地球模型和所述纹理图像或图形的三维气象场景渲染输出。

需要强调的是，不同类型的气象数据所采用的图形图像算法是不同的，同一类的气象数据也可能采用不同的算法或方法生成不同的效果。

方式二：

对所述气象数据集合中的气象数据进行三维建模，并输出建模得到的气象数据模型。

本步骤两种方式可总结为：将处理后的气象数据进行图形图像转化时，比如，通过数值-颜色映射生成纹理图像或图形，或者，根据处理后气象数据直接三维建模等。这一步所进行的操作仅限于视界范围，而不需要针对全数据经纬度范围，有效减少了构建的三角面片/顶点数。此外，本发明，仅将视界范围的图形图像转化，减少了渲染引擎背面剔出等操作。

综上所述，本发明提供的气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法，通过可视区域的界定，仅将与可视区域相关的气象数据进行必要的处理和输出，可有效提高三维气象模型交互显示速度，增强用户使用体验。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，配置气象数据源；所述气象数据源中存储每个气象数据与其所在的世界地理坐标的对应关系；

S2，在虚拟空间创建三维地球模型以及虚拟相机；

S3，当所述虚拟相机相对于所述三维地球模型被调整到特定的位置和姿态时，根据所述虚拟相机的特定位置和姿态，确定从所述虚拟相机的位置观察到的所述三维地球模型的第1可视区域的地理坐标范围；

S4，对所述第1可视区域的地理坐标范围进行预设幅度的扩充，得到第2地理坐标范围；

S5，读取S1配置得到的所述气象数据源，获得所述第2地理坐标范围包含的所有的气象数据集合；

S6，对所述气象数据集合中的气象数据进行预处理后，将处理后的气象数据进行图形图像转化，得到三维地球场景中的气象图形图像；然后，渲染输出三维气象场景图像。

2.根据权利要求1所述的气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法，其特征在于，S1中，所述气象数据源为数据库或数据文件。

3.根据权利要求1所述的气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法，其特征在于，S3中，所述虚拟相机的特定位置和姿态包括：虚拟相机与三维地球模型的相对位置、虚拟相机的视线方向和相机偏转角。

4.根据权利要求1所述的气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法，其特征在于，S6具体为：

对所述气象数据集合中的气象数据进行必要的插值计算和图形图像处理，生成纹理图像或图形；然后，将所述纹理图像或图形变换到所述三维地球模型的对应地理位置；然后，仅将包含三维地球模型和所述纹理图像或图形的三维气象场景渲染输出。

5.根据权利要求4所述的气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法，其特征在于，对所述气象数据集合中的气象数据进行必要的插值计算和图形图像处理，具体为：

不同类型的气象数据采用相同或不相同的图形图像算法进行处理；同一类型的气象数据采用相同或不相同的图形图像算法进行处理。

6.根据权利要求1所述的气象元素在三维地球模型的快速显示和绘制方法，其特征在于，S6具体为：对所述气象数据集合中的气象数据进行三维建模，并输出建模得到的气象数据模型。