一种风的三维动态展示方法和设备与流程

本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种风的三维动态展示方法和设备。

背景技术：

在气象领域中，为了研究某一区域中整体的风的走向和风的速度，并在更小尺度和更高精度上掌握风的速度和方向，需要对风的动态进行可视化处理，从而使研究人员直观地了解该区域风的动态变化。上述方法同样适用于风力发电、污染源控制和影视游戏等领域。

现有技术中，对风的动态进行展示的方式通常包括二维展示方式和三维展示方式；其中，三维展示方式相对二维展示方式具有更好的展示效果。但由于三维展示方式中需要在三维坐标系中对风的数据进行计算，其计算量庞大，导致对设备的性能消耗非常大，对设备的性能要求也非常高，且花费时间长，适用性和展示效果较差。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种风的三维动态展示方法和设备。

本发明的一方面提供一种风的三维动态展示方法，包括：s1，获取待展示数据；其中，待展示数据包括初始时刻时待展示区域内各数据点的风速数据、风向数据和三维坐标数据；s2，根据所述待展示数据布置初始二维向量场，并根据风速数据、风向数据和展示时长获取与初始二维向量场对应的至少一个预测二维向量场；其中，所述展示时长内包括至少一个展示时刻，每个展示时刻对应一个预测二维向量场；s3，根据三维坐标数据，对初始二维向量场和预测二维向量场进行三维映射，获取初始二维向量场对应的初始三维向量场及预测二维向量场对应的预测三维向量场；s4，根据展示时长中各展示时刻的顺序，依次展示初始三维向量场和预测三维向量场分别对应的三维模型。

其中，所述步骤s2具体包括：s21，根据待展示数据中各数据点的风速数据、风向数据和三维坐标中的经纬度数据，布置与待展示数据对应的初始二维向量场；s22，在初始二维向量场中选取至少一个数据点，将每个选取的数据点的位置作为起始生成位置，生成对应的风因子；其中，所述风因子用于表示风的动态变化；s23，根据展示时刻与初始时刻之间的时段、风因子所在数据点的风速数据和风向数据，计算展示时刻时风因子的位置，获取展示时刻对应的预测二维向量场。

其中，所述步骤s3具体包括：根据初始二维向量场和预测二维向量场中各数据点的三维坐标中的高程数据，分别将各数据点映射到三维坐标系中，获取初始二维向量场对应的初始三维向量场以及预测二维向量场对应的预测三维向量场。

其中，所述步骤s21后还包括：在初始二维向量场中增加补充数据点，并根据所述补充数据点附近的数据点，通过插值获取补充数据点的风速数据和风向数据。

其中，所述根据所述补充数据点附近的数据点，通过插值获取补充数据点的风速数据和风向数据的步骤具体包括：根据补充数据点周围四个数据点的风速数据和风向数据，通过双线性插值法对风向数据和风速数据分别进行插值，获取补充数据点的风速数据和风向数据。

其中，所述步骤s22还包括：在初始二维向量场中，根据风因子起始生成位置的数据点的风速数据，计算风因子的持续时长；相应地，所述展示时长的值为风因子的持续时长或默认值。

其中，所述s22中生成对应的风因子的步骤具体包括：在起始生成位置添加风因子标识；其中，所述风因子标识包括图片和/或颜色，所述风因子标识由风因子对应的数据点的风速数据和风向数据确定。

其中，所述步骤s4还包括：对初始三维向量场和预测三维向量场分别进行着色处理，获取对应的三维模型。

本发明的又一方面提供一种风的三维动态展示设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行本发明上述方面提供的风的三维动态展示方法，例如包括：s1，获取待展示数据；其中，待展示数据包括初始时刻时待展示区域内各数据点的风速数据、风向数据和三维坐标数据；s2，根据所述待展示数据布置初始二维向量场，并根据风速数据、风向数据和展示时长获取与初始二维向量场对应的至少一个预测二维向量场；其中，所述展示时长内包括至少一个展示时刻，每个展示时刻对应一个预测二维向量场；s3，根据三维坐标数据，对初始二维向量场和预测二维向量场进行三维映射，获取初始二维向量场对应的初始三维向量场及预测二维向量场对应的预测三维向量场；s4，根据展示时长中各展示时刻的顺序，依次展示初始三维向量场和预测三维向量场分别对应的三维模型。

本发明的又一方面提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行本发明上述方面提供的风的三维动态展示方法，例如包括：s1，获取待展示数据；其中，待展示数据包括初始时刻时待展示区域内各数据点的风速数据、风向数据和三维坐标数据；s2，根据所述待展示数据布置初始二维向量场，并根据风速数据、风向数据和展示时长获取与初始二维向量场对应的至少一个预测二维向量场；其中，所述展示时长内包括至少一个展示时刻，每个展示时刻对应一个预测二维向量场；s3，根据三维坐标数据，对初始二维向量场和预测二维向量场进行三维映射，获取初始二维向量场对应的初始三维向量场及预测二维向量场对应的预测三维向量场；s4，根据展示时长中各展示时刻的顺序，依次展示初始三维向量场和预测三维向量场分别对应的三维模型。

本发明提供的风的三维动态展示方法和设备，通过根据待展示数据生成二维向量场，并在二维向量场中进行预测计算，再通过三维映射获取对应的三维向量场，从而避免了直接在三维向量场中进行数据计算，能够快速生成三维模型，降低了对设备的性能消耗，提高了风的三维动态展示方法的适用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的风的三维动态展示方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的风的三维动态展示方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的风的三维动态展示设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例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。

图1为本发明实施例提供的风的三维动态展示方法的流程示意图，如图1所示，包括：s1，获取待展示数据；其中，待展示数据包括初始时刻时待展示区域内各数据点的风速数据、风向数据和三维坐标数据；s2，根据所述待展示数据布置初始二维向量场，并根据风速数据、风向数据和展示时长获取与初始二维向量场对应的至少一个预测二维向量场；其中，所述展示时长内包括至少一个展示时刻，每个展示时刻对应一个预测二维向量场；s3，根据三维坐标数据，对初始二维向量场和预测二维向量场进行三维映射，获取初始二维向量场对应的初始三维向量场及预测二维向量场对应的预测三维向量场；s4，根据展示时长中各展示时刻的顺序，依次展示初始三维向量场和预测三维向量场分别对应的三维模型。

其中，向量场(vectorfield)又称矢量场，是由一个向量对应另一个向量的函数；向量场广泛应用于物理学，常见的向量场包括风场、引力场、电磁场和水流场等。本发明实施例中的向量场为描述风的向量场。

在步骤s1中，待展示数据为一定区域范围内某一时刻采集到的风的数据，该数据包括了该区域多个点采集到的风向数据、风速数据以及数据点的坐标数据；其中，坐标数据为三维数据，如图2所示，可以由地理信息系统(geographicinformationsystem或geo－informationsystem，gis)采集得到。

在步骤s2中，根据步骤s1获取的待展示数据布置对应的初始二维向量场；二维向量场是从二维平面的角度描述了该区域各数据点的风速和风向；并且，由于需要展示风的动态变化情况，因此设置一个展示时长，展示过程是对该展示时长内的风的动态进行展示；展示时长中的初始时刻对应的二维向量场为初始二维向量场；展示时长还包括初始时刻后的至少一个展示时刻，该展示时刻对应的二维向量场为预测二维向量场；预测二维向量场具体由初始二维向量场和预测时刻对风的位置进行预测计算获得。

在步骤s3中，根据步骤s2获得的初始二维向量场和至少一个预测二维向量场，通过二维坐标系到三维坐标系的映射，获取上述二维向量场分别对应的三维向量场。

在步骤s4中，根据步骤s3获得的初始三维向量场和预测三维向量场；对三维向量场分别对应的模型进行展示。例如，预设时段为10秒，其中1秒、2秒到10秒分别对应一个三维模型；则在展示时，在第0秒展示初始三维向量场对应的三维模型，第1秒展示展示时刻为1秒的预测三维模型，第2秒展示展示时刻为2秒的预测三维模型直到第10秒展示展示时刻为10秒的预测三维模型；通过上述三维模型的依次展示，实现了对风的三维动态展示。

本发明实施例提供的风的三维动态展示方法，通过根据待展示数据生成二维向量场，并在二维向量场中进行预测计算，再通过三维映射获取对应的三维向量场，从而避免了直接在三维向量场中进行数据计算，能够快速生成三维模型，降低了对设备的性能消耗，提高了风的三维动态展示方法的适用范围。

在上述任一实施例的基础上，所述步骤s2具体包括：s21，根据待展示数据中各数据点的风速数据、风向数据和三维坐标中的经纬度数据，布置与待展示数据对应的初始二维向量场；s22，在初始二维向量场中选取至少一个数据点，将每个选取的数据点的位置作为起始生成位置，生成对应的风因子；所述风因子用于表示风的动态变化；s23，根据展示时刻与初始时刻之间的时段、风因子所在数据点的风速数据和风向数据，计算展示时刻时风因子的位置，获取展示时刻对应的预测二维向量场。

在步骤s21中，对初始二维向量场进行布置；具体是选取三维坐标中的经纬度数据，即地球平面上的二维坐标信息，确定每一数据点的位置，再为数据点标注风向数据和风速数据，从而建立初始二维向量场。

在步骤s22中，根据步骤s21建立的初始二维向量场，生成风因子；风因子是风的表现对象和载体，向量场中风的动态变化情况(包括风速、风向、风强和位置等反映风的参数)由风因子的变化来表现；风因子具体可以在初始二维向量场中随机生成，即随机选取一个或多个数据点，每个数据点都对应生成一个风因子。

在步骤s23中，根据步骤s22中生成的风因子，需要为风因子加上时间变量，即赋予一个展示时长及展示时长中包含的至少一个展示时刻。例如，对于一个风因子，根据其起始生成位置的数据点的风速和风向，再将时间变量赋予为1秒，可以计算出第1秒时该风因子所在的位置；在初始二维向量场中的该位置处标注风因子后所获得的二维向量场即为第1秒展示时刻对应的预测二维向量场。对于第2秒的预测二维向量场，同样基于上述计算方法进行预测。

基于上述步骤s21至s23，可以实现在二维向量场中对风的流向进行预测，并可以利用风因子反映风的动态变化情况。

在上述任一实施例的基础上，所述步骤s3具体包括：根据初始二维向量场和预测二维向量场中各数据点的三维坐标中的高程数据，分别将各数据点映射到三维坐标系中，获取初始二维向量场对应的初始三维向量场以及预测二维向量场对应的预测三维向量场。

具体地，在步骤s3中，由于二维向量场是基于三维坐标中的经纬度坐标构建的；因此，在生成好了初始二维向量场和至少一个预测二维向量场后，根据二维向量场中每个数据点中三维坐标中的高程数据，为各数据点赋予高度方向的数据，实现二维到三维的映射，从而获取到三维向量场。

在上述任一实施例的基础上，所述步骤s21后还包括：在初始二维向量场中增加补充数据点，并根据所述补充数据点附近的数据点，通过插值获取补充数据点的风速数据和风向数据。

具体地，由于待展示数据中包含的数据点可能较少，形成的二维向量场不够详细，导致对该区域风的描述不够精确；因此，可以在需要进行数据点补充的任意位置增加补充数据点，并插值获取补充数据点的风速数据和风向数据，完成对初始二维向量场的补全，提高展示精度。

在上述任一实施例的基础上，所述根据所述补充数据点附近的数据点，通过插值获取补充数据点的风速数据和风向数据的步骤具体包括：根据补充数据点周围四个数据点的风速数据和风向数据，通过双线性插值法对风向数据和风速数据分别进行插值，获取补充数据点的风速数据和风向数据。

其中，双线性插值又称为双线性内插，是有两个变量的插值函数的线性插值扩展，其核心思想是在两个方向分别进行一次线性插值。

具体地，由于每个数据点具有风速数据和风向数据两个变量，因此可以采用双线性插值法获取补充数据点的风速数据和风向数据；具体是通过补充数据点附近的四个数据点的风向数据和风速数据，分别对风向数据和风速数据插值获得。

在上述任一实施例的基础上，所述步骤s22还包括：在初始二维向量场中，根据风因子起始生成位置的数据点的风速数据，计算风因子的持续时长；相应地，所述展示时长的值为风因子的持续时长或默认值。

具体地，风因子的持续时长即为风因子的生命周期，具体是由风因子起始生成位置的数据点的风速数据获得(风速与风的强度正相关，风速越大风的持续时长越长)。持续时长能够反映风何时消失，因此，可以将整个动态展示过程所持续的时长，即展示时长，设置为与风因子的持续时长相对应。例如包括持续时长分别为3分钟、4分钟和5分钟的风因子的初始二维向量场，其展示时长可以设置为3或4或5分钟；同样地，展示时长也可以默认设置为10分钟。

在上述任一实施例的基础上，所述s22中生成对应的风因子的步骤具体包括：在起始生成位置添加风因子标识；所述风因子标识包括图片和/或颜色，所述风因子标识由风因子对应的数据点的风速数据和风向数据确定。

具体地，风因子作为表示风的载体，具体表现需要通过添加图片和/或颜色，例如风的图片或箭头。图片和颜色可以由所在位置对应的数据点的风速数据和风向数据确定，风速越大可以具有尺寸越大的图片或越深的颜色；箭头的方向也应当与风向相同。

在上述任一实施例的基础上，所述步骤s4还包括：对初始三维向量场和预测三维向量场分别进行着色处理，获取对应的三维模型。

具体地，可以对三维向量场进行着色，从而获得可视化的三维模型。例如，对于虚拟现实技术来说，可以对三维向量场进行拖尾着色等虚拟现实处理，生成三维流程效果，获得虚拟现实的三维模型以进行vr呈现。

应当说明的是，在进行展示时，除了依次按照顺序依次展示初始三维向量场和预测三维向量场分别对应的三维模型外，还可以设置为循环播放；即展示完最后一个展示时刻的预测三维向量场对应的三维模型后，重新返回展示初始三维向量场对应的三维模型，循环往复。

图3为本发明实施例提供的风的三维动态展示设备的结构示意图，如图3所示，该设备包括：至少一个处理器301；以及与所述处理器301通信连接的至少一个存储器302，其中：所述存储器302存储有可被所述处理器301执行的程序指令，所述处理器301调用所述程序指令能够执行上述各实施例所提供的风的三维动态展示方法，例如包括：s1，获取待展示数据；其中，待展示数据包括初始时刻时待展示区域内各数据点的风速数据、风向数据和三维坐标数据；s2，根据所述待展示数据布置初始二维向量场，并根据风速数据、风向数据和展示时长获取与初始二维向量场对应的至少一个预测二维向量场；其中，所述展示时长内包括至少一个展示时刻，每个展示时刻对应一个预测二维向量场；s3，根据三维坐标数据，对初始二维向量场和预测二维向量场进行三维映射，获取初始二维向量场对应的初始三维向量场及预测二维向量场对应的预测三维向量场；s4，根据展示时长中各展示时刻的顺序，依次展示初始三维向量场和预测三维向量场分别对应的三维模型。

本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令使计算机执行对应实施例所提供的风的三维动态展示方法，例如包括：s1，获取待展示数据；其中，待展示数据包括初始时刻时待展示区域内各数据点的风速数据、风向数据和三维坐标数据；s2，根据所述待展示数据布置初始二维向量场，并根据风速数据、风向数据和展示时长获取与初始二维向量场对应的至少一个预测二维向量场；其中，所述展示时长内包括至少一个展示时刻，每个展示时刻对应一个预测二维向量场；s3，根据三维坐标数据，对初始二维向量场和预测二维向量场进行三维映射，获取初始二维向量场对应的初始三维向量场及预测二维向量场对应的预测三维向量场；s4，根据展示时长中各展示时刻的顺序，依次展示初始三维向量场和预测三维向量场分别对应的三维模型。

以上所描述的风的三维动态展示设备等实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。