CN113158106A - 一种基于NetCDF淹水数据的可视化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于NetCDF淹水数据的可视化方法，方法包括获取淹水数据，获取淹水数据，对NetCDF淹水数据进行预处理；构建淹水数据，计算各个三角网格对应淹没程度；不同的淹水程度设置不同的颜色值，根据颜色值进行前端绘制，进行淹水数据的可视化；本发明将淹水数据融合进三维虚拟地球软件中进行展示，可以直观的观察到不同时刻淹水区域及面积的变化。
Description
技术领域
本发明属于海洋科学技术领域，更具体地说它是一种基于NetCDF淹水数据实现区域淹水的可视化展示方法。
背景技术
网络通用数据格式(Network Common Data Form,NetCDF)是一种面向数组型并适于网络共享的数据的描述和编码标准。目前，NetCDF广泛应用于大气科学、水文、海洋学、环境模拟、地球物理等诸多领域,已经成为许多数据采集软件的常用文件格式。用户可以使用多种方式方便地管理和操作NetCDF数据集。
近几年来基于B/S架构(Browser/Server，浏览器/服务器模式，是WEB兴起后的一种网络结构模式)的三维浏览平台应运而生，逐渐崭露头角，其中Cesium(用于显示三维地球和地图的开源JavaScript库,可以用来显示海量三维模型数据、影像数据、地形高程数据、矢量数据等等)尤具代表性,其具有轻量级、跨平台、支持多种数据格式的优点，使用WebGL(Web Graphics Library,是一种3D绘图协议)提供渲染，HTML和JavaScript作为编程语言，将海量数据存储在服务器上，基于浏览器进行多种地理空间数据的三维展示，通过一系列的交互设计来提高用户体验。
利用可视化技术表达洪水演进的各项信息已成为目前洪水信息管理领域不可或缺的部分。为了能够更高效地掌握洪水演进规律，包括不同时刻的洪水淹没范围、面积等诸多信息都需要直观地进行展示，国内众多商业机构和相关研究者针对不同的应用背景创造了不同的淹水可视化方法。
发明内容
为了至少部分解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于NetCDF淹水数据来实现不同时刻淹水区域的可视化方法，能够更为直观的展示不同时刻的洪水淹没范围、面积等信息，包括如下步骤：
S01：获取淹水数据，对NetCDF淹水数据进行预处理；
S02：构建淹水数据，计算各个三角形对应淹没程度，获取各个三角形的顶点坐标信息；
S03：设置不同的颜色属性区分不同的淹水程度，根据颜色和顶点坐标信息构建Primitive，进行淹水数据的可视化。
进一步的，所述S01其具体为：将NetCDF淹水数据的各个属性数据提取成CSV文件格式；
载入CSV文件格式的数据，根据若干数组构建数据集，建立三角网格与顶点之间的关系。
进一步的，所述构建淹水数据，计算各个三角形对应淹没程度其具体为，遍历不同时刻所有三角网格对应的淹没程度，将淹没程度信息保存到淹水数据的数组中。
进一步的，所述获取各个三角形对应的顶点信息其具体为，循环遍历含有淹没程度信息的淹水数据，根据三角形顶点的不同淹没程度，计算顶点所对应的经纬度信息，并保存。
进一步的，所述设置不同的颜色属性区分不同的淹水程度具体为，遍历含有不同淹没程度信息三角网格顶点坐标信息数组，根据其淹没程度，选择不同的颜色属性进行着色。
进一步的，所述根据颜色和顶点坐标信息构建Primitive，进行淹水数据的可视化具体为，创建点和向量的存储空间，通过点和向量创建三角形，对创建的三角形进行绘制，最后根据创建的三角形以及着色信息定义Primitive结构。
与最接近的现有技术比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种基于NetCDF淹水数据三维可视化方法，通过构建淹水数据集，对淹水数据进行了结构化处理，可以保留更多的价值信息以及数据的维度及属性，同时方法实施起来简单、高效，可以更为直观的展示不同时刻淹水面积和区域的变化。
附图说明
图1为本发明所述的淹水数据可视化方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、期间、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例所提供的技术方案的核心思路是，通过处理NetCDF淹水数据，解析淹水数据得到结构化数据，构建淹水数据，将三角网格与淹没程度对应，根据淹没程度进行前端绘制，到三维球体上进行展示。使得NetCDF淹水数据的展示更加直观、更加方便。
本发明的实施例提供了基于NetCDF淹水数据三维可视化方法，其主要包括步骤S01-S03：
S01:获取淹水数据，对NetCDF淹水数据进行预处理。在实施例实施过程中，步骤S01中根据淹水数据进行预处理的过程，可进一步细分为步骤S011-S012:
S011:获取NetCDF格式的淹水数据，提取各个属性数据；具体地，从数学关系上看，NetCDF格式存储的淹水数据具有多对一的函数关系，“多”是指维，“一”是指变量值，这种数据结构的最大特点就是能够方便的使用多维矩阵，NetCDF中的属性是如物理学中自变量和函数值之间的一些性质。通过Panoply软件打开NetCDF淹水数据，然后将各个属性数据提取成CSV文件格式，便于后续的处理。
S012:创建数据载入函数，将S011提取出来的不同属性的CSV文件载入，根据若干单值函数创建若干数组，根据若干数据构建数据集，建立三角形网格与顶点之间的关系。本实例中采用的是NetCDF的经典数据模型，主要解析了维度、变量部分，模型中的NetCDF文件数据以数组形式存储，可以灵活方便地存储多维数据，便于用户理解其结构和构建数据集。
S02:构建淹水数据，计算各个三角网格对应淹没程度，获取不同淹没程度三角形的顶点信息：在此步骤中首先是data.floodall二维数组的构建，存储24时刻所有三角网格所对应的淹没程度信息，再计算出三角网格的顶点信息，从而完成淹水数据的构建。
另外，步骤S02中，搭建data.floodall二维数组时，需要两次循环嵌套，从而获取二十四时刻各个三角网格的信息，计算各个三角形对应淹没程度的代码可参考如下：
data.floodall[floodnum][numm]＝Number(data.floodcell[numm+113769*floodnum])；
在获得所有时刻三角网格的淹水信息之后，需要根据淹没程度的不同来分别找到三角网格顶点所对应的坐标信息，需要用到S012中建立的三角网格与顶点之间的关系，获取不同淹没程度信息三角网格的顶点坐标信息。至此，淹水数据构建完成。
S03:淹水数据可视化，设置不同的颜色区分淹水程度，根据颜色和顶点坐标信息进行前端绘制；具体地，遍历S02中含有不同淹没程度信息三角网格顶点坐标信息数组，根据其淹没程度不同，选择不同的颜色属性进行着色。
Cesium可以使用实体(如多边形和椭圆体)创建不同的几何类型，也可以使用Primitive API的几何图形和外观系统，用于扩展具有自定义网格、形状、体积和外观的Cesium。几何图形定义了Primitive结构，即构成基本体的三角形、线或点。外观定义了Primitive的着色，包括其完整的GLSL顶点和面片着色，以及渲染状态。使用几何图形和外观的好处如下：Performance(性能)：在绘制大量Primitive时，使用几何图形直接允许我们将它们组成单个几何图形，以减少CPU开销并更好地利用GPU。组合Primitive是在Webworker上完成的，以保持UI的响应性。
Flexibility(灵活)：Primitive结合了几何图形和外观。通过分离它们，我们可以独立地修改每一个。我们可以添加与许多不同外观兼容的新几何图形，反之亦然。
Low-level access(低层级访问)：外观提供接近金属的渲染访问，无需担心直接使用Renderer的所有细节。外观使写所有GLSL的顶点和面片着色器以及使用自定义渲染状态变得容易。
如上所述，本发明使用Primitive API的几何图形和外观系统来对具有不同淹没程度信息的三角网格进行搭建；具体地，在设置完颜色属性后，创建点存储空间和向量存储空间，然后通过点和向量信息创建三角形，进一步对创建的三角形进行绘制，最后根据创建的三角形以及着色信息定义Primitive结构。
在Cesium的三维场景实现淹水数据的三维动态分析，具体地，将Primitive预先加载，但是不予显示，通过滑块组件来实现不同时刻淹水数据在Cesium三维场景上的显示。
从上述具体的实施过程，可以总结出，本发明提供的技术方案相较于现有技术存在以下优点或优势：
1.本发明所提供的实施例，通过解析、加载和构建数据集，对淹水数据进行结构化处理保留了更多的价值信息和数据的维度和属性。
2.本发明所提供的实施例，通过使用Primitive API的几何图形和外观系统来搭建三角网格，可以减少CPU开销并更好地利用GPU。
3.本发明所提供的实施例。通过打通从NetCDF从数据读取、处理再到三维球体上显示的整个过程，为淹水数据的三维可视化显示提供了一个更加完善的解决方案。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种基于NetCDF淹水数据的可视化方法，其特征在于，包括：
S01：获取淹水数据，对NetCDF淹水数据进行预处理；
S02：构建淹水数据，计算各个三角形对应淹没程度，获取各个三角形的顶点坐标信息；
S03：设置不同的颜色属性区分不同的淹水程度，根据颜色和顶点坐标信息构建Primitive，进行淹水数据的可视化。
2.根据权利要求1所述的基于NetCDF淹水数据的可视化方法，其特征在于：所述S01具体为：
将NetCDF淹水数据的各个属性数据提取成CSV文件格式；
载入CSV文件格式的数据，根据若干数组构建数据集，建立三角网格与顶点之间的关系。
3.根据权利要求1所述的基于NetCDF淹水数据的可视化方法，其特征在于：所述构建淹水数据，计算各个三角形对应淹没程度其具体为，遍历不同时刻所有三角网格对应的淹没程度，将淹没程度信息保存到淹水数据的数组中。
4.根据权利要求1所述的基于NetCDF淹水数据的可视化方法，其特征在于：所述获取各个三角形对应的顶点信息其具体为，循环遍历含有淹没程度信息的淹水数据，根据三角形顶点的不同淹没程度，计算顶点所对应的经纬度信息，并保存。
5.根据权利要求1所述的基于NetCDF淹水数据的可视化方法，其特征在于：所述设置不同的颜色属性区分不同的淹水程度其具体为，遍历含有不同淹没程度信息三角网格顶点坐标信息数组，根据其淹没程度，选择不同的颜色属性进行着色。
6.根据权利要求1所述的基于NetCDF淹水数据的可视化方法，其特征在于：所述根据颜色和顶点坐标信息构建Primitive，进行淹水数据的可视化其具体为，创建点和向量的存储空间，通过点和向量创建三角形，对创建的三角形进行绘制，最后根据创建的三角形以及着色信息定义Primitive结构。
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