CN111563963B - 一种龙卷风气象模拟方法、智能终端及存储介质 - Google Patents

一种龙卷风气象模拟方法、智能终端及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种龙卷风气象模拟方法、智能终端及存储介质，所述方法包括：选择开发环境工具，搭建网络地理信息系统，调用图形加速器的并行渲染力量模拟出逼真的水体模拟特效；获取龙卷风气象效果的基础特征，所述基础特征包括可见的外形、动态性和随机性；使用预设运动的粒子组成整个龙卷风的陀螺体外形，通过控制粒子的转动和设置不同的透明度实现动态性，设置粒子不同运动速度、不同的形状大小实现随机性；设置龙卷风气象相关的属性，根据属性控制粒子实现龙卷风气象模拟。本发明通过粒子设置不同属性和规律的方式，模拟出一个不停自旋，有陀螺形态，看不出运行规律的龙卷风气象，实现了龙卷风气象效果模拟。

Description

一种龙卷风气象模拟方法、智能终端及存储介质
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种龙卷风气象模拟方法、智能终端及存储介质。
背景技术
在webgis(网络地理信息系统，是指工作在Web网上的GIS，是传统的GIS在网络上的延伸和发展，具有传统GIS的特点，可以实现空间数据的检索、查询、制图输出、编辑等GIS基本功能，同时也是Internet上地理信息发布、共享和交流协作的基础)领域常需要对一些实体或效果进行可视化呈现、还原。
例如，呈现龙卷风气象效果，这些特效往往较难实现，或实现效率很差导致无法集成使用。webgis系统本身更倾向与专业的地理属性功能，基本没有提供一些生动特效的集成，但实际在应用webgis系统进行业务开发时会遇到一些气象表达需求，例如在对天气数据较为重视的可视化系统中需要对真实气象数据进行可视化表达，下雨下雪，沙尘暴，雾气等。webgis系统在表达龙卷风效果时明显缺乏表现力，几乎没有方案可以描述龙卷风可视化效果。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种龙卷风气象模拟方法、智能终端及存储介质，旨在解决现有技术中无法实现对一些实体或效果进行可视化呈现、还原的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种龙卷风气象模拟方法，所述龙卷风气象模拟方法包括如下步骤：
选择开发环境工具，搭建网络地理信息系统，调用图形加速器的并行渲染力量模拟出逼真的水体模拟特效；
获取龙卷风气象效果的基础特征，所述基础特征包括可见的外形、动态性和随机性；
使用预设运动的粒子组成整个龙卷风的陀螺体外形，通过控制粒子的转动和设置不同的透明度实现动态性，设置粒子不同运动速度、不同的形状大小实现随机性；
设置龙卷风气象相关的属性，根据属性控制粒子实现龙卷风气象模拟。
可选地，所述的龙卷风气象模拟方法，其中，所述开发环境工具包括：mapboxgl.js和three.js。
可选地，所述的龙卷风气象模拟方法，其中，所述mapboxgl.js为地图开源引擎，用作地理信系统；所述three.js为web端通用引擎，用于高度抽象的图形绘制和拓展丰富的接口。
可选地，所述的龙卷风气象模拟方法，其中，通过控制粒子的空间分布、运动规律和大小来模拟龙卷风气象。
可选地，所述的龙卷风气象模拟方法，其中，所述属性包括：龙卷风的中心位置、龙卷风的颜色、龙卷风的陀螺体最大半径、龙卷风陀螺体高度、龙卷风展现出的厚重感、以及龙卷风自行旋转的速度。
可选地，所述的龙卷风气象模拟方法，其中，所述粒子为环线粒子，所述环线粒子是一个由粒子组成的环；
根据龙卷风的中心位置和龙卷风的陀螺体最大半径计算出整个圆的坐标，将粒子按照坐标位置设置上去呈现出一个圆；
获取构成环线粒子的粒子总数量，在着色器程序中是按照逐粒子的方式来计算每个粒子的位置；
将与粒子总数量相同的序号输入进着色器程序，着色器程序逐粒子计算位置时读取序号。
可选地，所述的龙卷风气象模拟方法，其中，将多个环线粒子组合，使用160条环线粒子，通过使用一个程序循环160次，每次生成一个环线的属性并可视化。
可选地，所述的龙卷风气象模拟方法，其中，使用多个环线粒子设置不同属性和规律，完成龙卷风气象的模拟可视化。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种智能终端，其中，所述智能终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的龙卷风气象模拟程序，所述龙卷风气象模拟程序被所述处理器执行时实现如上所述的龙卷风气象模拟方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种存储介质，其中，所述存储介质存储有龙卷风气象模拟程序，所述龙卷风气象模拟程序被处理器执行时实现如上所述的龙卷风气象模拟方法的步骤。
本发明通过选择开发环境工具，搭建网络地理信息系统，调用图形加速器的并行渲染力量模拟出逼真的水体模拟特效；获取龙卷风气象效果的基础特征，所述基础特征包括可见的外形、动态性和随机性；使用预设运动的粒子组成整个龙卷风的陀螺体外形，通过控制粒子的转动和设置不同的透明度实现动态性，设置粒子不同运动速度、不同的形状大小实现随机性；设置龙卷风气象相关的属性，根据属性控制粒子实现龙卷风气象模拟。本发明通过粒子设置不同属性和规律的方式，模拟出一个不停自旋，有陀螺形态，看不出运行规律的龙卷风气象，实现了龙卷风气象效果模拟。
附图说明
图1是本发明龙卷风气象模拟方法的较佳实施例的流程图；
图2是本发明龙卷风气象模拟方法的较佳实施例中龙卷风气象的效果示意图；
图3是本发明龙卷风气象模拟方法的较佳实施例中环线粒子的圆环整体只会有一小段圆环运动可见的长度的效果示意图；
图4是本发明龙卷风气象模拟方法的较佳实施例中生成一个不停自旋、有陀螺形态、看不出运行规律的龙卷风气象的效果示意图；
图5和图6是本发明龙卷风气象模拟方法的较佳实施例中设置不同属性的递增规律和随机规律可以得到其他类似图4的效果示意图；
图7为本发明智能终端的较佳实施例的运行环境示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明较佳实施例所述的龙卷风气象模拟方法，如图1所示，所述龙卷风气象模拟方法包括以下步骤：
步骤S10、选择开发环境工具，搭建网络地理信息系统，调用图形加速器的并行渲染力量模拟出逼真的水体模拟特效。
具体地，首先选用合适的开发环境工具，本发明选择mapboxgl.js和three.js作为开发环境工具。其中，mapboxgl.js和three.js均是世界级开源图形引擎，mapboxgl.js是webgis领域的地图开源引擎，用作地理信系统；three.js是web端通用引擎，有丰富的社区开发组件和积累，高度抽象的图形绘制和拓展丰富的接口。
采用开源技术能够在最短时间内搭建webgis系统，具备相当的成熟度和扩展性。其中mapboxgl.js可以将three.js作为一个图层单独渲染在地图中，而three.js丰富的接口支持图形学底层接口webgl的开发，利用webgl的管线编程可以调用GPU(图形加速器)的并行渲染力量计算模拟出逼真的水体模拟特效，从而使mapboxgl.js搭建的webgis系统拥有直通底层的能力，利用GPU(图形加速器)渲染出高效稳定特效。
步骤S20、获取龙卷风气象效果的基础特征，所述基础特征包括可见的外形、动态性和随机性。
具体地，龙卷风气象的效果最基础的特征应分为三部分，如图2所示，第一是具备一个可见的外形，尽管风是不可见的，但自然中发生的龙卷风往往会裹挟大量尘土、杂物形成一个类似于陀螺的外形；第二是具备动态性，龙卷风气象在发生时其内部就是在不断运动旋转的；第三是具备随机性，具体的运动相对是没有规律，给人一种混沌的感觉。此步骤明确了程序实现龙卷风气象模拟的几个要求以及大体完成后的参考效果。
步骤S30、使用预设运动的粒子组成整个龙卷风的陀螺体外形，通过控制粒子的转动和设置不同的透明度实现动态性，设置粒子不同运动速度、不同的形状大小实现随机性。
具体地，在步骤S20中，明确了实现龙卷风气象模拟的几个要求和大体效果。现在需要明确这些特点和效果如何用程序去实现。特性1(可见的外形)是实现一个外形可见的陀螺体，使用某种运动的粒子组成整个龙卷风的陀螺体外形，这样整体上也可以表现出特性1。特性2(动态性)是实现龙卷风陀螺体的动态性，由于选择了粒子来实现特性1，所以可以很容易想到通过控制粒子的转动和设置不同的透明度来表现特性2中的动态性，毕竟每个粒子之间是相互独立，只要按照一定的数学方法组织它们转动并控制透明度就可以实现。特征3(随机性)是实现龙卷风陀螺体的随机性，可以通过给粒子设置不同运动速度、不同的形状大小就可以自然模拟出随机性。
至此，已经选择了粒子系统作为模拟龙卷风气象的工具。粒子系统是一种计算机图形学中常用的高性能模拟仿真的方法，其原理是将描述的物体抽象成一个个计算机图形学中的点粒子，再采用空间数学的方法按照一定规律使这些粒子产生诸如运动、颜色改变、大小改变等操作，模拟出物体的运动特征。
本发明使用程序设计的思路将龙卷风气象模拟的效果转换为对一个粒子系统的控制，通过控制粒子系统的空间分布，运动规律和大小来模拟龙卷风气象。
步骤S40、设置龙卷风气象相关的属性，根据属性控制粒子实现龙卷风气象模拟。
具体地，设置一些龙卷风气象有关的属性，其中包括：龙卷风的中心位置(position)，龙卷风的颜色(color)，龙卷风的陀螺体最大半径(radius)，龙卷风陀螺体高度(height)，龙卷风展现出的厚重感(width)，龙卷风自行旋转的速度(speed)。
有了这些属性，接下使用粒子系统来具体来实现龙卷风气象模拟。采用环线粒子来模拟龙卷风，环线粒子指的是一个由粒子组成的环，该环具备半径(radius)和圆心(position)属性，也可以调整粒子的颜色(color)和大小(width)，单看这个环只是一个平面粒子环，环线粒子在着色器程序中，还可以采用控制粒子顺序的方法实现粒子沿着环线运动的效果。环线粒子具体实现是:
根据龙卷风的中心位置(position)和龙卷风的陀螺体最大半径(radius)可以由经典数学圆算法(已知圆心坐标和半径计算圆上任意一点坐标)计算出整个圆的坐标，将粒子按照这些坐标位置设置上去就会呈现出一个圆。之后知道了构成环线粒子的粒子总数量，在着色器程序中是按照逐粒子的方式来计算每个粒子的位置，将与粒子总数量相同的序号(1，2，3...粒子总数量)输入进着色器程序，这样着色器程序在逐粒子计算位置时读取这个序号，就可以知道程序正在处理哪个序号的粒子。
再向着色器程序中输入一个time时间参数，每间隔一定时间这个time的值会增加，模拟在着色器程序中的动画时间变化。当粒子序号小于time+圆环运动可见的长度并且粒子序号大于time，仅在这个条件下使圆环上的粒子可见。由这个条件可以得知，圆环整体只会有一小段控制长度的部分(圆环运动可见的长度)会随time的增加而向前推进，从而达到下如图3的效果。
当time超过整体环线上粒子的总长度值时，将time设置为负的圆环运动可见的长度，这样可以保证下一轮的动画中圆环运动可见的尾部刚消失，头部就会从起点出现。
此外，着色器程序中除了控制环线粒子运动，还可以设置粒子的基本颜色和大小属性，分别可以对应到上述龙卷风模拟的属性中。
现在将多个环线粒子组合，使用了160条环线粒子，组合的方法如下，使用一个程序循环160次，每次生成一个环线的属性并可视化。具体生成的属性会随循环次数的增加而有所不同。
环线的高度会持续由200米增加，每次增加(循环次数*10米)，最高增加到上述龙卷风陀螺体高度(height)。环线的半径会随机从30米增加，每次随机增加(随机值0-1)*循环次数*15米，最大不能超过龙卷风的陀螺体最大半径(radius)，环线粒子的大小会从1像素开始增加，每次增加(循环次数*1.2像素)，最大不能超过龙卷风展现出的厚重感(width)；环线粒子的转动运行速率会0.6开始增加，每次增加(循环次数*0.2)，龙卷风自行旋转的速度(speed)；当160次循环完成，生成160个不同属性的环状粒子并可视化之后，整个实现过程就完成了。
此时充分利用了设置的龙卷风气象的所有属性，设置到了环线粒子中并进行一定规律的递增或随机，整体看上去，龙卷风的形态就具备了步骤S10当中的所有要求，效果如图4所示，最终效果是生成一个不停自旋，有陀螺形态，看不出运行规律的龙卷风气象，完成设计的目标。
若设置不同属性的递增规律和随机规律可以得到其他类似的效果，例如，如图5和图6所示。
本发明使用多个环线粒子设置不同属性和规律的方式实现了步骤S10中的设计目标，完成了龙卷风气象的模拟可视化。
进一步地，如图7所示，基于上述龙卷风气象模拟方法，本发明还相应提供了一种智能终端，所述智能终端包括处理器10、存储器20及显示器30。图7仅示出了智能终端的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
所述存储器20在一些实施例中可以是所述智能终端的内部存储单元，例如智能终端的硬盘或内存。所述存储器20在另一些实施例中也可以是所述智能终端的外部存储设备，例如所述智能终端上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器20还可以既包括所述智能终端的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器20用于存储安装于所述智能终端的应用软件及各类数据，例如所述安装智能终端的程序代码等。所述存储器20还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器20上存储有龙卷风气象模拟程序40，该龙卷风气象模拟程序40可被处理器10所执行，从而实现本申请中龙卷风气象模拟方法。
所述处理器10在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit,CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行所述存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行所述龙卷风气象模拟方法等。
所述显示器30在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。所述显示器30用于显示在所述智能终端的信息以及用于显示可视化的用户界面。所述智能终端的部件10-30通过系统总线相互通信。
在一实施例中，当处理器10执行所述存储器20中龙卷风气象模拟程序40时实现以下步骤：
选择开发环境工具，搭建网络地理信息系统，调用图形加速器的并行渲染力量模拟出逼真的水体模拟特效；
获取龙卷风气象效果的基础特征，所述基础特征包括可见的外形、动态性和随机性；
使用预设运动的粒子组成整个龙卷风的陀螺体外形，通过控制粒子的转动和设置不同的透明度实现动态性，设置粒子不同运动速度、不同的形状大小实现随机性；
设置龙卷风气象相关的属性，根据属性控制粒子实现龙卷风气象模拟。
所述开发环境工具包括：mapboxgl.js和three.js。
所述mapboxgl.js为地图开源引擎，用作地理信系统；所述three.js为web端通用引擎，用于高度抽象的图形绘制和拓展丰富的接口。
通过控制粒子的空间分布、运动规律和大小来模拟龙卷风气象。
所述属性包括：龙卷风的中心位置、龙卷风的颜色、龙卷风的陀螺体最大半径、龙卷风陀螺体高度、龙卷风展现出的厚重感、以及龙卷风自行旋转的速度。
所述粒子为环线粒子，所述环线粒子是一个由粒子组成的环；
根据龙卷风的中心位置和龙卷风的陀螺体最大半径计算出整个圆的坐标，将粒子按照坐标位置设置上去呈现出一个圆；
获取构成环线粒子的粒子总数量，在着色器程序中是按照逐粒子的方式来计算每个粒子的位置；
将与粒子总数量相同的序号输入进着色器程序，着色器程序逐粒子计算位置时读取序号。
将多个环线粒子组合，使用160条环线粒子，通过使用一个程序循环160次，每次生成一个环线的属性并可视化。
使用多个环线粒子设置不同属性和规律，完成龙卷风气象的模拟可视化。
本发明还提供一种存储介质，其中，所述存储介质存储有龙卷风气象模拟程序，所述龙卷风气象模拟程序被处理器执行时实现如上所述的龙卷风气象模拟方法的步骤。
综上所述，本发明提供一种龙卷风气象模拟方法、智能终端及存储介质，所述方法包括：选择开发环境工具，搭建网络地理信息系统，调用图形加速器的并行渲染力量模拟出逼真的水体模拟特效；获取龙卷风气象效果的基础特征，所述基础特征包括可见的外形、动态性和随机性；使用预设运动的粒子组成整个龙卷风的陀螺体外形，通过控制粒子的转动和设置不同的透明度实现动态性，设置粒子不同运动速度、不同的形状大小实现随机性；设置龙卷风气象相关的属性，根据属性控制粒子实现龙卷风气象模拟。本发明通过粒子设置不同属性和规律的方式，模拟出一个不停自旋，有陀螺形态，看不出运行规律的龙卷风气象，实现了龙卷风气象效果模拟。
当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件(如处理器，控制器等)来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种龙卷风气象模拟方法，其特征在于，所述龙卷风气象模拟方法包括：
选择mapboxgl.js和three.js作为开发环境工具，搭建网络地理信息系统，调用图形加速器的并行渲染力量模拟出逼真的水体模拟特效；
获取龙卷风气象效果的基础特征，所述基础特征包括可见的外形、动态性和随机性；
使用预设运动的粒子组成整个龙卷风的陀螺体外形，通过控制粒子的转动和设置不同的透明度实现动态性，设置粒子不同运动速度、不同的形状大小实现随机性；
设置龙卷风气象相关的属性，根据属性控制粒子实现龙卷风气象模拟。
2.根据权利要求1所述的龙卷风气象模拟方法，其特征在于，所述mapboxgl.js为地图开源引擎，用作地理信息系统；所述three.js为web端通用引擎，用于高度抽象的图形绘制和拓展丰富的接口。
3.根据权利要求1所述的龙卷风气象模拟方法，其特征在于，通过控制粒子的空间分布、运动规律和大小来模拟龙卷风气象。
4.根据权利要求1所述的龙卷风气象模拟方法，其特征在于，所述属性包括：龙卷风的中心位置、龙卷风的颜色、龙卷风的陀螺体最大半径、龙卷风陀螺体高度、龙卷风展现出的厚重感、以及龙卷风自行旋转的速度。
5.根据权利要求4所述的龙卷风气象模拟方法，其特征在于，所述粒子为环线粒子，所述环线粒子是一个由粒子组成的环；
根据龙卷风的中心位置和龙卷风的陀螺体最大半径计算出整个圆的坐标，将粒子按照坐标位置设置上去呈现出一个圆；
获取构成环线粒子的粒子总数量，在着色器程序中是按照逐粒子的方式来计算每个粒子的位置；
将与粒子总数量相同的序号输入进着色器程序，着色器程序逐粒子计算位置时读取序号。
6.根据权利要求5所述的龙卷风气象模拟方法，其特征在于，将多个环线粒子组合，使用160条环线粒子，通过使用一个程序循环160次，每次生成一个环线的属性并可视化。
7.根据权利要求6所述的龙卷风气象模拟方法，其特征在于，使用多个环线粒子设置不同属性和规律，完成龙卷风气象的模拟可视化。
8.一种智能终端，其特征在于，所述智能终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的龙卷风气象模拟程序，所述龙卷风气象模拟程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的龙卷风气象模拟方法的步骤。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有龙卷风气象模拟程序，所述龙卷风气象模拟程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的龙卷风气象模拟方法的步骤。
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