[发明专利]一种全球电离层格网数据快速可视化方法和系统

说明书

本发明涉及一种全球电离层格网数据快速可视化方法和系统，属于卫星导航定位中电离层技术领域，包括构建三维地球场景,根据电离层格网分辨率创建格网对象；创建视锥体，同时为每个格网创建包围球，判断格网包围球与视锥体的位置关系；对格网包围球与视锥体包含和相交的格网、同时又位于地球背面的格网进行剔除；对视点以及格网包围球中心点在缩放后的单位球内进行坐标缩放；对电离层格网进行渐变纹理着色渲染；实现电离层态势的实时快速更新与效果呈现。本发明极大的提高了渲染效率，从而使得浏览器稳定运行，使整个场景运行流畅，人机交互不会出现卡顿现象。

技术领域

本发明涉及卫星导航定位中电离层技术领域，特别涉及一种全球电离层格网数据快速可视化方法和系统。

背景技术

地球电离层是指距离地球表面60km以上至2000km以下，经过太阳紫外线、X射线高能粒子等作用下形成的由带电粒子组成并表现为电中性的一个电离区域。电离层作为近地空间的组成部分，电离层的存在对人们的生产生活有着很大的帮助。一方面，电离层能够阻挡宇宙高能粒子及太阳紫外线等对地球的直接辐射，使得地球在宇宙空间中安全的运动；另一方面，电离层对电磁波信号的反射、折射、散射和吸收等作用，使得基于电磁波信号的系统极易受电离层形态结构变化的影响。随着测绘行业的快速发展，全球定位导航系统（GNSS）得到了极大的完善和发展，而电离层延迟误差是影响GNSS导航定位授时服务质量最重要的误差来源之一，因此研究电离层可视化关键技术，对人类空间探索、导航定位、实验仿真具有重要的意义，可视化方案能够展示电离层态势，为研究人员进一步的研究提供技术基础。

随着前端HTML5的飞速发展，极大的改善了B/S端可视化的问题。WebGL是面向3D的绘图协议，实现JavaScript和OpenGL ES 2.0结合，在任何兼容的Web浏览器中绘制可交互的2D或3D图形。其具有无插件、兼容主流浏览器、跨平台、硬件加速等优点。Cesium是一个用于显示三维虚拟地球和地图的开源JavaScript库，它基于WebGL技术，用来显示海量三维模型数据，支持多种可视化场景，并可以流畅切换。为电离层格网数据可视化提供了超强的引擎支撑。

电离层作为地球空间环境的重要组成部分，监测它的动态变化是一项常规且重要的任务，电离层数据产品存在维度广、数据量大、构造复杂的特点，传统的二维平面图表已经无法满足电离层态势感知的需求，而对于C/S架构的电离层仿真实验存在开发成本高，兼容性低，不可以跨平台的缺点。现有技术中，传统的二维平面图已经无法清晰快速的认识和理解电离层态势，同时由于电离层采用网格化存储，数据量大，在现有的WebGIS可视化引擎可视化渲染时，存在渲染速率缓慢或导致浏览器崩溃，致使整个交互场景卡顿，无法进行流畅的交互操作。

发明内容

为克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种全球电离层格网数据快速可视化方法和系统，本发明基于WebGL的前端开源Cesium可视化框架，通过判断电离层格网在场景中的可见性，采用视锥体裁剪算法和背面剔除算法对不可见的格网进行裁剪，将不可见的格网在送至渲染管线之前进行剔除，从而实现大规模电离层态势的实时快速更新与效果呈现。

本发明由下述技术方案实现：

本发明的第一方面提供了一种全球电离层格网数据快速可视化方法，包括如下步骤：

步骤S100，基于Cesium构建三维地球场景,根据电离层格网分辨率创建格网对象；

步骤S200，创建视锥体，同时为每个格网创建包围球，判断格网包围球与视锥体的位置关系；

步骤S300，利用背面剔除算法，对格网包围球与视锥体包含和相交的格网、同时又位于地球背面的格网进行剔除；

步骤S400，Cesium中背面剔除算法使用的是椭球体，根据椭球体公式及椭球缩放矩阵，将其缩放成单位球体，对视点以及格网包围球中心点在缩放后的单位球内进行坐标缩放，基于步骤S300进行背面剔除；

步骤S500，利用着色器语言，对电离层格网进行渐变纹理着色渲染；