海洋環(huán)境數(shù)據(jù)場三維可視化技術(shù)研究.pdf

1、海洋在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事等領(lǐng)域扮演著日益重要的角色，對(duì)海洋規(guī)律的掌握程度將直接影響經(jīng)濟(jì)實(shí)力與綜合國力的發(fā)展。作為海洋規(guī)律的外在表現(xiàn)，海洋環(huán)境信息成為當(dāng)前國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。海洋環(huán)境信息常以數(shù)據(jù)場的形式呈現(xiàn)，如何從海洋環(huán)境數(shù)據(jù)場中快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并掌握規(guī)律，是充分了解海洋、利用海洋的關(guān)鍵因素。對(duì)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)場的三維可視化，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)抽象數(shù)據(jù)的直觀分析，更好地激發(fā)人們的形象思維，凸顯出研究對(duì)象的內(nèi)涵與本質(zhì)。因此，對(duì)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)場進(jìn)行有效的三維可

2、視化，對(duì)研究海洋、了解海洋具有重要意義。
　　論文圍繞海洋環(huán)境數(shù)據(jù)場三維可視化的若干關(guān)鍵技術(shù)展開研究，從海洋環(huán)境數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)建模和快速繪制等三個(gè)方面，針對(duì)存在的問題，提出了有效的解決思路與方法。論文主要工作如下：
　　（1）在數(shù)據(jù)分類方面，研究面向海洋環(huán)境數(shù)據(jù)場的有效聚類方法，提出了基于閾值曲面的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)場聚類算法，實(shí)現(xiàn)了重要區(qū)域的分類提取。算法采用變換域下的模糊聚類方法實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)場聚類，首先基于海洋環(huán)境

3、數(shù)據(jù)場的統(tǒng)計(jì)特征將原始數(shù)據(jù)映射為特征空間中的點(diǎn)集，實(shí)現(xiàn)了特征的抽取與數(shù)據(jù)降維；然后利用高斯核函數(shù)生成特征空間中點(diǎn)集的閾值曲面，分離出受噪聲污染嚴(yán)重的數(shù)據(jù)點(diǎn)，抑制了噪聲對(duì)聚類的影響；最后結(jié)合閾值曲面的起伏特性，引入FCM算法實(shí)現(xiàn)了海洋環(huán)境數(shù)據(jù)場的有效聚類。
　?。?）在數(shù)據(jù)建模方面，研究面向體繪制的空間分割建模方法，提出了基于體素梯度的非均勻空間分割算法，構(gòu)建了數(shù)據(jù)場非均勻空間分割模型，并基于此實(shí)現(xiàn)了光線投射計(jì)算。算法首先計(jì)算數(shù)據(jù)場

4、中的體素梯度，構(gòu)造梯度直方圖，并通過該直方圖獲得梯度閾值組；然后根據(jù)梯度閾值組，對(duì)數(shù)據(jù)場進(jìn)行由下而上的區(qū)域合并，從而得到數(shù)據(jù)場的非均勻空間分割模型；最后以該模型為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了光線投射計(jì)算。
　?。?）在快速繪制方面，研究基于并行計(jì)算架構(gòu)的快速繪制方法，提出了基于CPU+GPU架構(gòu)的光線投射快速算法，實(shí)現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)場的快速體繪制。在對(duì)非均勻空間分割光線投射算法并行化分析的基礎(chǔ)上，分別在預(yù)處理及光線投射階段，將其中計(jì)算密集的部分轉(zhuǎn)移到