基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法与流程

本发明涉及一种数据可视化融合渲染方法，具体地说是一种基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法。

背景技术：

1、风场流体数据是一种可由气象数值预报产品数据中提取得到的公开数据，风场流体数据可以反应风速、流向等气象数据。目前，已经在流体渲染和风场流体可视化方面都做了很多研究，如通过场景贴图资源和粒子资源实现动态流体效果的渲染、对二维场景下大量流体粒子的拖尾渲染进行了研究、基于风场数据实现了三维场景下流体风场图的渲染等。但目前研究多集中在风场数据动态效果渲染的方法上，多体现在风场可视化动态展现和变化趋势上，而缺少与该风场位置相对应的属性值（即预测值或监测值）的融合渲染。

2、在现有的核应急航空监测提供技术支持和应急救援过程中，需要分别获取应急区域内的风场流体数据以及放射性烟羽扩散预测结果数据，然后根据通过获得的数据综合分析研判、监测方案制定和优化、指导实际应急响应行动。

3、现有的方法无法直观得到流体方向、流速与属性值在某一时刻的动态变化，在风场动态展现的同时缺少属性值的动态可视化展现，造成可视化效果对属性值表达不够直观直接影响了核应急航空监测的快速分析研判和指导应急响应行动的效率。

4、实现风场流体数据与属性值（即预测值或监测值）数据的可视化融合渲染，对提升核应急航空监测数据综合信息分析研判、监测方案制定和优化、指导实际应急响应行动以及为应急决策提供技术支持的能力具有重要意义。风场流体数据可由气象数值预报产品数据中提取，放射性烟羽扩散预测或监测数据可通过理论计算或实测获取，而如何将这两种数据进行可视化融合渲染，实现放射性核素强度随时间、风场流体变化而直观实时展现，已成为核应急航空监测数据三维可视化平台中实现该融合渲染效果的关键技术。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法，以解决现在风场动态展现时缺少属性值的动态可视化展现，造成可视化效果对属性值表达不够直观的问题。

2、本发明是这样实现的：一种基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法，包括以下步骤。

3、a.获取气象数值预报风场格点数据，提取并记录格点坐标x、坐标y、纬向风分量u、经向风分量v。

4、b.获取基于气象数值预报格点数据的属性值，提取并记录格点位置上的属性值。

5、c.建立属性值与颜色值的映射表。

6、d.采用u分量或v分量作为参数进行颜色设置，绘制风场矢量流线。

7、e.根据风场矢量流线的不同赋色确定每条风场矢量流线的采样点，记录各采样点的坐标及流速值，同时计算并记录各采样点处的属性值。

8、f. 按照流线流向顺序将采样点连成线要素，并记录每个采样点在所在线段中的比例。

9、g.绘制采样点折线，设置起点纹理坐标为0，终点纹理坐标为1。

10、h.通过属性值与颜色值的映射关系，结合线段比例，映射采样点之间的线段颜色。

11、i.根据采样点折线总长度和粒子长度，对整条采样点折线的纹理坐标进行分段，每一段为一个粒子，并重新确定每个粒子的初始纹理坐标值s1。

12、j.将粒子的纹理坐标与展示时间、流速进行关联，得到每个粒子在某一时刻的纹理坐标值s2，创建粒子的流动效果表达。

13、k.创建粒子及拖尾效果。

14、l.设定数据展示时间，对步骤j、k进行循环。

15、m.对最终结果进行渲染。

16、在步骤c中，对获取的属性值范围按照u分量值范围或v分量值范围进行分段映射，然后对每段属性值范围赋一种颜色值，颜色值用rgb格式表示。

17、在步骤e中，选取风场矢量流线上各个赋色的端点或交界点为采样点，采样点处的属性值由其附近格点数据属性值进行距离加权平均计算得到。

18、在步骤i中，粒子的纹理坐标s1= s×n的小数部分，n为粒子的个数，s为采样点折线中的纹理坐标值。

19、在步骤j中，某一时刻时粒子的纹理坐标为

20、s2=fract(s1+δt×v/l)

21、其中：δt为当前需要展示的时间与开始时间的差值，单位：s；v为粒子的流速，单位：m/s；l为粒子的长度，单位：m。

22、在步骤k中，对步骤j中得到的每个粒子在某一时刻时的纹理坐标s2进行处理，将每个粒子的一部分隐藏，并使粒子不隐藏的部分的透明度为渐变状态，从而创建粒子及拖尾效果。

23、将粒子中纹理坐标小于0.5的部分隐藏，同时令粒子其余部分的透明度为s2，s为采样点折线中的纹理坐标值。

24、所述属性值为放射性烟羽扩散预测值或监测值。

25、本发明用于对属性值进行基于风场流动轨迹和流动纹理支持属性值赋色的流体融合渲染。

26、本发明对气象数值预报风场格点数据进行处理，通过空间位置关系形成一系列采样点并连成线要素；对位于风场格点位置的属性值进行处理，计算得到各采样点对应的属性值；获取各采样点属性值后对纹理坐标进行分段；将属性值与色表进行映射计算得出流体粒子的颜色并赋色；将风场流向、流速与展示时间进行关联，通过重新计算纹理坐标实现流体动态展示；对粒子纹理坐标进行半透明处理创建流体粒子并实现拖尾效果；结果由cesium前端渲染，最终实现风场流向、流速和属性值的融合渲染和动态可视化展示渲染。

27、本发明能较好的表现流体方向、流速与属性值在某一时刻的动态变化，本方法的主体为线要素，并使用透明度变化实现粒子及拖尾效果，使用颜色表达属性值，使用粒子流动的速度表达流体速度，粒子效果和属性值（颜色）可以动态修改，方法实现简单、快速、直观，当应用于核应急航空监测领域时，极大提升了核应急航空监测分析研判、快速响应的效率。

技术特征：

1.一种基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法，其特征在于，在步骤c中，对获取的属性值范围按照u分量值范围或v分量值范围进行分段映射，然后对每段属性值范围赋一种颜色值，颜色值用rgb格式表示。

3.根据权利要求1所述的基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法，其特征在于，在步骤e中，选取风场矢量流线上各个赋色的端点或交界点为采样点，采样点处的属性值由其附近格点数据属性值进行距离加权平均计算得到。

4.根据权利要求1所述的基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法，其特征在于，在步骤i中，粒子的纹理坐标s1 = s×n的小数部分，n为粒子的个数，s为采样点折线中的纹理坐标值。

5.根据权利要求1所述的基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法，其特征在于，在步骤j中，某一时刻时粒子的纹理坐标为

6.根据权利要求1所述的基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法，其特征在于，在步骤k中，对步骤j中得到的每个粒子在某一时刻时的纹理坐标s2进行处理，将每个粒子的一部分隐藏，并使粒子不隐藏的部分的透明度为渐变状态，从而创建粒子及拖尾效果。

7.根据权利要求6所述的基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法，其特征在于，将粒子中纹理坐标小于0.5的部分隐藏，同时令粒子其余部分的透明度为s2，s为采样点折线中的纹理坐标值。

8.根据权利要求1所述的基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法，其特征在于，所述属性值为放射性烟羽扩散预测值或监测值。

技术总结
本发明涉及一种基于风场流动轨迹和流动纹理的属性值融合渲染方法，包括步骤：获取气象数值预报风场格点数据和属性值数据，并建立属性值与颜色值的映射表；绘制风场矢量流线，确定每条风场矢量流线的采样点，绘制采样点折线，利用属性值以及对应的色表映射采样点之间的线段颜色；对整条采样点折线的纹理坐标进行分段，重新确定每个粒子的初始纹理坐标值S<subgt;1</subgt;，将粒子的纹理坐标与流向、流速和展示时间进行关联，得到每个粒子在某一时刻的纹理坐标值S<subgt;2</subgt;，创建粒子的流动效果表达；创建粒子及拖尾效果，设定数据展示时间，进行展示循环，对最终结果进行渲染。本发明能够在风场动态展现时进行属性值的动态可视化展现，能够直观地对属性值进行表达。

技术研发人员：张胜,徐春松,王永军,王瑞军,孙垭杰,付康,杨睿之,石劲一,武明洋
受保护的技术使用者：核工业航测遥感中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13