CN117934718A - 一种多种气象虚拟场景构建平台及构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多种气象虚拟场景构建平台及构建方法，涉及气象科学技术领域，包括数据采集模块、虚拟场景构建模块、渲染模块、人机交互模块；通过与UE虚拟相结合加强气象知识科普的趣味性以及新型技术，利用UE虚拟现实技术可以创造出逼真的风雨、雷电、云雾等天气场景，让公众通过身临其境的方式感受天气的变化，增强对气象知识的理解和认知。同时，通过与虚拟现实技术相结合，可以设计出更具趣味性和互动性的气象科普活动，例如模拟天气预报的制作、虚拟气象实验等，提高公众的参与度和兴趣。
Description
技术领域
本发明涉及气象科学技术领域，具体为一种多种气象虚拟场景构建平台及构建方法。
背景技术
目前气象知识科普的途径主要包括以下几种：1.气象台站观测和发布：气象台站通过观测仪器和气象卫星等手段，对天气进行观测和预测，并通过广播、电视、报纸等媒体向公众发布气象预报和预警信息；2，宣传册、科普讲座、电视节目等：通过制作气象科普宣传册、举办科普讲座、播放气象科普电视节目等方式，向公众普及气象科学知识；3.校园气象站：一些学校会设立校园气象站，通过观测和记录气象数据，让学生了解天气变化的过程和影响，同时也可以通过校园广播、公告板等途径向全校师生普及气象知识；4.互联网和社交媒体：近年来，随着互联网和社交媒体的普及，越来越多的气象知识科普内容通过网络进行传播。例如，气象网站、微博、微信公众号等平台，通过发布气象预报、科普文章、图片、视频等形式，向公众普及气象知识。
但是现有的气象科普教育资源不丰富，形式单一，缺乏创新性和趣味性。现有的气象科普资源主要集中在气象台站、气象局等官方机构，而其他渠道的气象科普资源相对较少，且形式单一，缺乏多样性和创新性，气象科普教育的覆盖面不够广，普及程度不够高，由于气象科普资源有限，且传播途径有限，导致气象科普教育的覆盖面较窄，无法满足广大公众的需求，并且气象科普知识与新兴虚拟技术之间确实存在一定的脱节，虽然有一些气象科普教育机构开始尝试使用虚拟现实等技术进行科普教育，但总体来说，这种应用还比较有限，普及程度也不高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种多种气象虚拟场景构建平台及构建方法，解决了背景技术中所提出的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种多种气象虚拟场景构建平台，包括数据采集模块、虚拟场景构建模块、渲染模块、人机交互模块；
所述数据采集模块用于通过采集中国气象局、美国国家气象局等的数据，通过进行整合和分析，数据包括温度、湿度、风速、气压气象要素，以及云量、降水量、雨量天气现象，形成全面的天气预报数据，并根据实时收集的数据对天气实时状态进行更新，同时收集地图数据服务提供商的全球三维地图；
所述虚拟场景构建模块用于对虚拟场景中的建筑物、地形、物品进行三维建模，并将建立完成的模型导入UE虚拟引擎将天气实时状态进行可视化展示；
所述渲染模块用于将虚拟场景构建模块构建的场景进行渲染，通过云渲染技术将虚拟场景构建模块构建的场景以摄像机视角，渲染出屏幕图像；
所述人机交互模块用于通过微信小程序将实时天气虚拟场景呈现，并根据使用者的外部输入做出响应，提供在线问答、互动讨论等互动功能，增强公众的参与感和黏性。
优选的，其步骤包括如下：
S1：生成基础模型，通过数据采集模块收集地图数据服务提供商获取全球三维地图，将全球三维地图导入到虚拟场景构建模块，对虚拟场景中的建筑物、地形、物品进行三维建模；
S2：导入UE虚拟引擎创建虚拟场景，将虚拟场景构建模块所构建的基础地形模型导入UE虚拟引擎创建虚拟场景，并参照地理坐标原点的经纬度，设置时区，采集模块对获取到的天气信息进行参数格式转换，将气象预报平台获取的天气信息转换为UE虚拟引擎中天空、光照和粒子效果参数设置，用于模拟雨、雪、雾天气场景并配置到UE虚拟引擎所构建的虚拟场景的天空和天气；
S3：虚拟场景渲染，渲染模块通过云渲染技术对UE虚拟引擎构建的虚拟场景进行渲染，实现光照渲染，音效处理和物理作用，并根据收集气象科普知识数据动态调整虚拟场景的视觉效果；
S4：实时虚拟场景天气展示，将气象科普知识以图形化的及3D场景模型及过程动画的通过微信小程序方式呈现，进行人机交互，将多种气象知识科普方式以及实时天气虚拟场景汇聚在小程序中，小程序可以根据用户的反馈和需求进行更新和优化，不断完善和提高气象科普的效果；
S5：虚拟场景实时更新，数据采集模块通过定时获取所在目标区域的实时天气状态，并基于实时获取的天气状态信息重复步骤S2到步骤S3的步骤，实现对虚拟场景中的天气实时更新，并对实时更新的虚拟场景天气数据通过云渲染方式进行实时渲染，从而确保虚拟场景中的天气数据能够与现实中天气同步。
优选的，所述S4中小程序包含文字、图片、视频、音频多种形式的气象科普内容，同时还可以提供在线问答、互动讨论等互动功能，增强公众的参与感和黏性。
优选的，所述S4中微信小程序中通过设置场景触发器来实时变更虚拟场景的视觉效果，并定期对小程序进行维护和升级。
优选的，所述步骤S2中UE虚拟引擎根据数据采集模块收集的全球三维地图中地球球心和半径以及天空与地球表面的距离在UE虚拟引擎构建的虚拟场景内创建天空球模型，天空球模型将整个城市场景涵盖在内，以实际纹理效果和视口效果为主，满足各种天气状态显示需求。
优选的，所述S3中添加粒子效果丰富虚拟场景的细节，利用GPU图形粒子实现大量的扑克牌式稠密粒子效果并配合触发器、碰撞产生丰富的交互效果，运用曲线编辑器控制粒子参数的变化，实现复杂的粒子行为。
优选的，所述S3中在对虚拟场景进行渲染时通过适当加入视觉特效可以使画面更富动感，通过相机快速移动来产生动态模糊；使用光线束实现光影的体积感，并且通过代码或时间线控制材质参数、粒子、音频提高虚拟场景中天气状态视觉效果。
优选的，人机交互模块中的微信小程序包含搜索功能，通过用户输入地点名称，数据获取模块能够实时获取与城市信息模型匹配的实时天气数据，并将实时天气数据导入UE虚拟引擎平台内，重复步骤S2到步骤S3的步骤，将搜索目标地点的实时天气状态通过虚拟场景进行展示。
本发明提供了一种多种气象虚拟场景构建平台及构建方法。具备以下有益效果：
1、通过与UE虚拟相结合加强气象知识科普的趣味性以及新型技术，利用UE虚拟现实技术可以创造出逼真的风雨、雷电、云雾等天气场景，让公众通过身临其境的方式感受天气的变化，增强对气象知识的理解和认知。同时，通过与虚拟现实技术相结合，可以设计出更具趣味性和互动性的气象科普活动，例如模拟天气预报的制作、虚拟气象实验等，提高公众的参与度和兴趣。
2.多种气象知识科普方式汇聚在小程序中提高覆盖面，同时即时可用，将多种气象知识科普方式汇聚在小程序中，可以方便公众随时随地获取气象科普资源，提高覆盖面和可用性。小程序可以包含文字、图片、视频、音频等多种形式的气象科普内容，同时还可以提供在线问答、互动讨论等互动功能，增强公众的参与感和黏性。此外，小程序还可以根据用户的反馈和需求进行更新和优化，不断完善和提高气象科普的效果。
3、为了提供全面、准确的气象科普知识，需要收集多类型完善的气象科普知识数据。这些数据可以包括气象观测数据、天气预报数据、气候变化数据、防灾减灾数据等，通过整合和分析这些数据，可以提供更加科学、准确的气象科普内容。同时，通过对公众的需求和行为进行分析，可以更加精准地推送气象科普内容，提高科普效果和用户满意度。
附图说明
图1为本发明模块示意图；
图2为本发明流程示意图。
图中，数据采集模块1、虚拟场景构建模块2、渲染模块3、人机交互模块4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
请参阅图1-2，本发明实施例提供一种技术方案：一种多种气象虚拟场景构建平台包括数据采集模块1、虚拟场景构建模块2、渲染模块3、人机交互模块4；
所述数据采集模块1用于通过采集中国气象局、美国国家气象局等的数据，通过进行整合和分析，数据包括温度、湿度、风速、气压气象要素，以及云量、降水量、雨量天气现象，形成全面的天气预报数据，并根据实时收集的数据对天气实时状态进行更新，同时收集地图数据服务提供商的全球三维地图；所述虚拟场景构建模块2用于对虚拟场景中的建筑物、地形、物品进行三维建模，并将建立完成的模型导入UE虚拟引擎将天气实时状态进行可视化展示；所述渲染模块3用于将虚拟场景构建模块2构建的场景进行渲染，通过云渲染技术将虚拟场景构建模块2构建的场景以摄像机视角，渲染出屏幕图像；所述人机交互模块4用于通过微信小程序将实时天气虚拟场景呈现，并根据使用者的外部输入做出响应，提供在线问答、互动讨论等互动功能，增强公众的参与感和黏性。
实施例2：
一种多种气象虚拟场景构建平台构建方法，其步骤包括如下：
S1：生成基础模型，通过数据采集模块1收集地图数据服务提供商获取全球三维地图，将全球三维地图导入到虚拟场景构建模块2，对虚拟场景中的建筑物、地形、物品进行三维建模；S2：导入UE虚拟引擎创建虚拟场景，将虚拟场景构建模块2所构建的基础地形模型导入UE虚拟引擎创建虚拟场景，并参照地理坐标原点的经纬度，设置时区，采集模块对获取到的天气信息进行参数格式转换，将气象预报平台获取的天气信息转换为UE虚拟引擎中天空、光照和粒子效果参数设置，用于模拟雨、雪、雾天气场景并配置到UE虚拟引擎所构建的虚拟场景的天空和天气；S3：虚拟场景渲染，渲染模块3通过云渲染技术对UE虚拟引擎构建的虚拟场景进行渲染，实现光照渲染，音效处理和物理作用，并根据收集气象科普知识数据动态调整虚拟场景的视觉效果；S4：实时虚拟场景天气展示，将气象科普知识以图形化的及3D场景模型及过程动画的通过微信小程序方式呈现，进行人机交互，将多种气象知识科普方式以及实时天气虚拟场景汇聚在小程序中，小程序可以根据用户的反馈和需求进行更新和优化，不断完善和提高气象科普的效果；S5：虚拟场景实时更新，数据采集模块1通过定时获取所在目标区域的实时天气状态，并基于实时获取的天气状态信息重复步骤S2到步骤S3的步骤，实现对虚拟场景中的天气实时更新，并对实时更新的虚拟场景天气数据通过云渲染方式进行实时渲染，从而确保虚拟场景中的天气数据能够与现实中天气同步。
所述S4中小程序包含文字、图片、视频、音频多种形式的气象科普内容，同时还可以提供在线问答、互动讨论等互动功能，增强公众的参与感和黏性。所述S4中微信小程序中通过设置场景触发器来实时变更虚拟场景的视觉效果，并定期对小程序进行维护和升级。所述步骤S2中UE虚拟引擎根据数据采集模块1收集的全球三维地图中地球球心和半径以及天空与地球表面的距离在UE虚拟引擎构建的虚拟场景内创建天空球模型，天空球模型将整个城市场景涵盖在内，以实际纹理效果和视口效果为主，满足各种天气状态显示需求。所述S3中添加粒子效果丰富虚拟场景的细节，利用GPU图形粒子实现大量的扑克牌式稠密粒子效果并配合触发器、碰撞产生丰富的交互效果，运用曲线编辑器控制粒子参数的变化，实现复杂的粒子行为。所述S3中在对虚拟场景进行渲染时通过适当加入视觉特效可以使画面更富动感，通过相机快速移动来产生动态模糊；使用光线束实现光影的体积感，并且通过代码或时间线控制材质参数、粒子、音频提高虚拟场景中天气状态视觉效果。人机交互模块4中的微信小程序包含搜索功能，通过用户输入地点名称，数据获取模块能够实时获取与城市信息模型匹配的实时天气数据，并将实时天气数据导入UE虚拟引擎平台内，重复步骤S2到步骤S3的步骤，将搜索目标地点的实时天气状态通过虚拟场景进行展示。
通过与UE虚拟相结合加强气象知识科普的趣味性以及新型技术，利用UE虚拟现实技术可以创造出逼真的风雨、雷电、云雾等天气场景，让公众通过身临其境的方式感受天气的变化，增强对气象知识的理解和认知。同时，通过与虚拟现实技术相结合，可以设计出更具趣味性和互动性的气象科普活动，例如模拟天气预报的制作、虚拟气象实验等，提高公众的参与度和兴趣，多种气象知识科普方式汇聚在小程序中提高覆盖面，同时即时可用，将多种气象知识科普方式汇聚在小程序中，可以方便公众随时随地获取气象科普资源，提高覆盖面和可用性。小程序可以包含文字、图片、视频、音频等多种形式的气象科普内容，同时还可以提供在线问答、互动讨论等互动功能，增强公众的参与感和黏性。此外，小程序还可以根据用户的反馈和需求进行更新和优化，不断完善和提高气象科普的效果，为了提供全面、准确的气象科普知识，需要收集多类型完善的气象科普知识数据。这些数据可以包括气象观测数据、天气预报数据、气候变化数据、防灾减灾数据等，通过整合和分析这些数据，可以提供更加科学、准确的气象科普内容。同时，通过对公众的需求和行为进行分析，可以更加精准地推送气象科普内容，提高科普效果和用户满意度。
本发明的数据采集模块1、虚拟场景构建模块2、渲染模块3、人机交互模块4，部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种多种气象虚拟场景构建平台，其特征在于：包括数据采集模块(1)、虚拟场景构建模块(2)、渲染模块(3)、人机交互模块(4)；
所述数据采集模块(1)用于通过采集中国气象局、美国国家气象局等的数据，通过进行整合和分析，数据包括温度、湿度、风速、气压气象要素，以及云量、降水量、雨量天气现象，形成全面的天气预报数据，并根据实时收集的数据对天气实时状态进行更新，同时收集地图数据服务提供商的全球三维地图；
所述虚拟场景构建模块(2)用于对虚拟场景中的建筑物、地形、物品进行三维建模，并将建立完成的模型导入UE虚拟引擎将天气实时状态进行可视化展示；
所述渲染模块(3)用于将虚拟场景构建模块(2)构建的场景进行渲染，通过云渲染技术将虚拟场景构建模块(2)构建的场景以摄像机视角，渲染出屏幕图像；
所述人机交互模块(4)用于通过微信小程序将实时天气虚拟场景呈现，并根据使用者的外部输入做出响应，提供在线问答、互动讨论等互动功能，增强公众的参与感和黏性。
2.根据权利要求1所述一种多种气象虚拟场景构建方法，其特征在于：其步骤包括如下：
S1：生成基础模型，通过数据采集模块(1)收集地图数据服务提供商获取全球三维地图，将全球三维地图导入到虚拟场景构建模块(2)，对虚拟场景中的建筑物、地形、物品进行三维建模；
S2：导入UE虚拟引擎创建虚拟场景，将虚拟场景构建模块(2)所构建的基础地形模型导入UE虚拟引擎创建虚拟场景，并参照地理坐标原点的经纬度，设置时区，采集模块对获取到的天气信息进行参数格式转换，将气象预报平台获取的天气信息转换为UE虚拟引擎中天空、光照和粒子效果参数设置，用于模拟雨、雪、雾天气场景并配置到UE虚拟引擎所构建的虚拟场景的天空和天气；
S3：虚拟场景渲染，渲染模块(3)通过云渲染技术对UE虚拟引擎构建的虚拟场景进行渲染，实现光照渲染，音效处理和物理作用，并根据收集气象科普知识数据动态调整虚拟场景的视觉效果；
S4：实时虚拟场景天气展示，将气象科普知识以图形化的及3D场景模型及过程动画的通过微信小程序方式呈现，进行人机交互，将多种气象知识科普方式以及实时天气虚拟场景汇聚在小程序中，小程序可以根据用户的反馈和需求进行更新和优化，不断完善和提高气象科普的效果；
S5：虚拟场景实时更新，数据采集模块(1)通过定时获取所在目标区域的实时天气状态，并基于实时获取的天气状态信息重复步骤S2到步骤S3的步骤，实现对虚拟场景中的天气实时更新，并对实时更新的虚拟场景天气数据通过云渲染方式进行实时渲染，从而确保虚拟场景中的天气数据能够与现实中天气同步。
3.根据权利要求2所述一种多种气象虚拟场景构建方法，其特征在于：所述S4中小程序包含文字、图片、视频、音频多种形式的气象科普内容，同时还可以提供在线问答、互动讨论等互动功能，增强公众的参与感和黏性。
4.根据权利要求2所述一种多种气象虚拟场景构建方法，其特征在于：所述S4中微信小程序中通过设置场景触发器来实时变更虚拟场景的视觉效果，并定期对小程序进行维护和升级。
5.根据权利要求2所述一种多种气象虚拟场景构建方法，其特征在于：所述步骤S2中UE虚拟引擎根据数据采集模块(1)收集的全球三维地图中地球球心和半径以及天空与地球表面的距离在UE虚拟引擎构建的虚拟场景内创建天空球模型，天空球模型将整个城市场景涵盖在内，以实际纹理效果和视口效果为主，满足各种天气状态显示需求。
6.根据权利要求2所述一种多种气象虚拟场景构建方法，其特征在于：所述S3中添加粒子效果丰富虚拟场景的细节，利用GPU图形粒子实现大量的扑克牌式稠密粒子效果并配合触发器、碰撞产生丰富的交互效果，运用曲线编辑器控制粒子参数的变化，实现复杂的粒子行为。
7.根据权利要求2所述一种多种气象虚拟场景构建方法，其特征在于：所述S3中在对虚拟场景进行渲染时通过适当加入视觉特效可以使画面更富动感，通过相机快速移动来产生动态模糊；使用光线束实现光影的体积感，并且通过代码或时间线控制材质参数、粒子、音频提高虚拟场景中天气状态视觉效果。
8.根据权利要求2所述一种多种气象虚拟场景构建方法，其特征在于：人机交互模块4中的微信小程序包含搜索功能，通过用户输入地点名称，数据获取模块能够实时获取与城市信息模型匹配的实时天气数据，并将实时天气数据导入UE虚拟引擎平台内，重复步骤S2到步骤S3的步骤，将搜索目标地点的实时天气状态通过虚拟场景进行展示。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN118154761A (zh) * | 2024-05-11 | 2024-06-07 | 中国铁路设计集团有限公司 | 城轨工程虚拟场景设备展示的智能优化方法及系统 |
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Cited By (2)
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| CN118154761A (zh) * | 2024-05-11 | 2024-06-07 | 中国铁路设计集团有限公司 | 城轨工程虚拟场景设备展示的智能优化方法及系统 |
| CN118154761B (zh) * | 2024-05-11 | 2024-07-05 | 中国铁路设计集团有限公司 | 城轨工程虚拟场景设备展示的智能优化方法及系统 |
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