[发明专利]基于Web的临近空间大气风场实时自适应可视化方法

权利要求书

1.一种基于Web的临近空间大气风场实时自适应可视化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1：获取临近空间大气风场数据，并对所述数据进行预处理，获得大气风场风速PNG图片；

S2：基于所述PNG图片和鼠标事件操作获取视点高度，确定视域范围和初始化粒子数量，自适应动态初始化放置种子点；

S3：根据所述自适应动态初始化种子点，迭代更新粒子位置，生成动态流线；

S4：基于所述动态流线，对种子点进行颜色映射和透明度控制；

S5：基于cesium的坐标转换和流线可视化渲染输出，即对所述流线的坐标进行转换，并结合颜色映射和透明度来绘制流线，最终获得在三维虚拟地球上的临近空间大气风场可视化；

步骤S1具体为：

S11：通过扫描FTP数据服务器实时获取临近空间大气风场4D垂直分层数据；

S12：将所述4D垂直分层数据通过降维转换成2D网格数据，再通过双线性插值法，得到规则二维网格数据；

S13：将所述规则二维网格数据制作成大气风场风速PNG图片，再基于前端对时间、高度层的交互式选择方式，将所述大气风场风速PNG图片通过网络传输给前端；

步骤S12～S13具体为：

将临近空间大气风场4D垂直分层数据通过时间降维转换成系列时刻的3D风场数据；再通过高度降维，将所述3D风场数据转换成系列高度的2D风场网格数据；然后将所述2D风场网格数据从标量空间转换到RGB色彩空间，生成大气风场风速PNG图片；

步骤S2具体为：

S21：对所述PNG图片中全局视域范围内的种子点数量进行初始化；

S22：通过视点高度和相机位置获取当前视域范围，并根据视点高度变化实时计算当前视域范围内种子点数量；

S23：通过随机噪声函数将种子点均匀播撒在当前视域范围内，并赋予所述种子点生命周期；

步骤S3具体为：

S31：根据种子点初始化位置及初始化位置的速度，采用四阶龙格-库塔数值积分计算当前种子点位置，并增加种子点生命值；

S32：根据所述当前种子点位置的速度继续进行四阶龙格-库塔数值积分，得到下一时刻种子点的位置，并继续增加所述下一时刻种子点的生命值；

S33：重复步骤S31～S32，直到种子点生命周期结束或者种子点位置超出视域范围则停止，并将超出视域范围内的种子点清除；

S34：依次连接种子点经过的所有位置形成种子点运动轨迹曲线，生成动态流线。

2.根据权利要求1所述的基于Web的临近空间大气风场实时自适应可视化方法，其特征在于，

所述种子点生命周期结束后，通过随机变量来确定在结束位置是否重新生成种子点。

3.根据权利要求1所述的基于Web的临近空间大气风场实时自适应可视化方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

将种子点的速度标量值映射为相对应的颜色值；并采用种子点透明度参数来对大气风场流线透明度进行控制。

4.根据权利要求3所述的基于Web的临近空间大气风场实时自适应可视化方法，其特征在于，所述将种子点的速度标量值映射为相对应的颜色值的表达式为：

其中，x为矢量的强度大小，f(θ)为强度为θ的点数量，y(x)为强度值对应于颜色映射表的横坐标，值域为[0,1]。

5.根据权利要求2所述的基于Web的临近空间大气风场实时自适应可视化方法，其特征在于，所述透明度参数的计算公式为：

r＝L_t/T

其中，r为t时刻粒子透明度；L_t为t时刻的粒子生命值，L_t＝L_t-1+Δt，Δt是L_t与L_t-1时刻的时间间隔；T为粒子生命周期，0≤L_t≤T；透明度r取值范围为0≤r≤1。