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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]在現(xiàn)有應(yīng)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(shù)實(shí)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(dá)空間屬性。受限于四叉樹的二維分割特性，在實(shí)際應(yīng)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)中模擬一些特定的模糊現(xiàn)象的技術(shù)，而這些現(xiàn)象用其它傳統(tǒng)的渲染技術(shù)難以達(dá)到真實(shí)感。經(jīng)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(shù)并沒有充分應(yīng)用于展示海洋氣候變化上。

【發(fā)明內(nèi)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(shù)中存在的前述問題。
[0005]為了實(shí)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(cè)數(shù)據(jù)以八叉樹的索引方式存儲(chǔ)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(biāo)觀測(cè)區(qū)域內(nèi)，在指定時(shí)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(biāo)觀測(cè)區(qū)域按照八叉樹的原理劃分成多個(gè)子空間，在劃分的每個(gè)子空間內(nèi)，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(nèi)粒子發(fā)射器的關(guān)聯(lián)關(guān)系，根據(jù)數(shù)據(jù)特征設(shè)置子空間內(nèi)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(biāo)軌跡運(yùn)行。
[0010]優(yōu)選地，步驟S1中，所述海洋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括任意一個(gè)觀測(cè)區(qū)域中的任意一個(gè)測(cè)點(diǎn)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(cè)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(gè)高度的云層覆蓋、風(fēng)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(jí)；步驟S1中，按八叉樹存儲(chǔ)和索引測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，具體按照下述步驟實(shí)現(xiàn):將空間數(shù)據(jù)庫中所有測(cè)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)作為第15級(jí)數(shù)據(jù)，以第15級(jí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，向上插值合并，得到第14級(jí)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(jì)算任意一個(gè)測(cè)點(diǎn)Μ未覆蓋子區(qū)間時(shí)，在所述未覆蓋子區(qū)間周圍已知測(cè)點(diǎn)測(cè)值的基礎(chǔ)上，采用插值算法計(jì)算未覆蓋子區(qū)間的測(cè)值。
[0014]優(yōu)選地，步驟S2中，每一屏幕內(nèi)，粒子發(fā)射器的數(shù)量小于等于1200個(gè)。
[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(gè)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(jīng)度、瑋度和高程組成的向量，幀刷新時(shí)，粒子A當(dāng)前橢球坐標(biāo)與發(fā)射矢量相加，得到所述粒子A的新橢球坐標(biāo)點(diǎn)，再將粒子A的新橢球坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)，將該笛卡爾坐標(biāo)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(diǎn)、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(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)類型，對(duì)所述測(cè)點(diǎn)的粒子進(jìn)行GPU真實(shí)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(biāo)觀測(cè)區(qū)域變化，觀測(cè)區(qū)內(nèi)粒子發(fā)射器數(shù)量保持不變，且不能超于預(yù)先設(shè)定的數(shù)量，當(dāng)目標(biāo)觀測(cè)區(qū)域變化時(shí)，直接從步驟S2開始進(jìn)行下一個(gè)目標(biāo)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(duì)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(xué)屬性。采用八叉樹后，能明確表達(dá)數(shù)據(jù)的空間屬性，便于快速檢索，在任何細(xì)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(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)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(cè)區(qū)域，查詢視野內(nèi)的最佳子空間集合，在每一個(gè)子空間內(nèi)放置粒子發(fā)射器，實(shí)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(jì)算，輕松實(shí)現(xiàn)的輕量級(jí)渲染負(fù)荷，在普通PC上，同屏動(dòng)態(tài)渲染百萬級(jí)數(shù)據(jù)，依然流暢。
[0021]本發(fā)明改進(jìn)了粒子發(fā)射器的算法。本發(fā)明對(duì)粒子坐標(biāo)和軌跡的記錄，不使用笛卡爾坐標(biāo)系，而采用橢球坐標(biāo)系，粒子從發(fā)射點(diǎn)到銷毀點(diǎn)的運(yùn)行過程中，除了考慮方向、強(qiáng)度、衰減等物理因素，還加入了向心力因素，從而實(shí)現(xiàn)弧形軌跡繪制，從而獲得更真實(shí)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(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]實(shí)施例
[0025]參照?qǐng)D1，本實(shí)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(cè)數(shù)據(jù)以八叉樹的索引方式存儲(chǔ)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(biāo)觀測(cè)區(qū)域內(nèi)，在指定時(shí)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(biāo)觀測(cè)區(qū)域按照八叉樹的原理劃分成多個(gè)子空間，在劃分的每個(gè)子空間內(nèi)，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(nèi)粒子發(fā)射器的關(guān)聯(lián)關(guān)系，根據(jù)數(shù)據(jù)特征設(shè)置子空間內(nèi)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(biāo)軌跡運(yùn)行。所述粒子發(fā)射器參數(shù)包括發(fā)出粒子的發(fā)射點(diǎn)、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(biāo)觀測(cè)區(qū)域變化，觀測(cè)區(qū)內(nèi)粒子發(fā)射器數(shù)量保