海洋環(huán)境綜合數據時空建模與可視化研究.pdf

1、隨著我國海洋資源開發(fā)和利用的不斷深入,海洋環(huán)境監(jiān)測已經成為海洋及環(huán)境保護領域重要的研究課題。長期以來海洋環(huán)境調查研究積累了大量的多源、異構、多維、動態(tài)、海量的海洋環(huán)境綜合數據,特別是隨著空間探測技術的飛速發(fā)展,這些數據更是以幾何級數般速度增長。利用先進的地理空間信息技術對海洋環(huán)境綜合數據進行管理和共享已經成為近幾年的趨勢。論文分析了目前GIS技術在海洋領域的應用中存在的不足,并針對其中的關鍵問題——海洋環(huán)境綜合數據時空建模方法與可視化技

2、術進行了研究。指出了現有的GIS數據模型在表達海洋環(huán)境數據上的不足,探索適合海洋時空數據的建模機制。在可視化表達上,引入科學可視化、虛擬現實仿真、體繪制、網格計算等計算機可視化領域的最新技術,結合海洋環(huán)境監(jiān)測可視化系統(tǒng)的實際需求,提出了幾種可行性強的基于GIS的可視化方法和技術路線,并將研究結果進行了實踐和應用。具體的研究內容如下:1、分析了現有GIS數據模型在海洋環(huán)境領域應用中的不足,提出了以場模型為主,基于場和對象聯合建模的海洋環(huán)境

3、數據概念模型,針對海洋時空數據的格網特性,提出了基于基態(tài)修正的快照格網模型,并設計了集成場和特征的面向對象的GIS時空數據模型。2、討論了GIS可視化的部分關鍵理論和技術,包括:科學計算可視化、地學可視化、虛擬現實仿真、虛擬GIS、三維圖形原理、計算機圖形開發(fā)技術、空間數據庫引擎、分布式GIS、網格計算等,指出目前GIS可視化面臨的難題及其在表達海洋環(huán)境數據上的不足,并提出了基于GIS的可視化技術集成框架。3、分析了GIS空間數據庫在可

4、視化系統(tǒng)中的重要性,采用大型對象-關系型數據庫Oracle對海洋環(huán)境數據進行一體化管理,針對海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的實時性要求,給出了數據實時入庫和分發(fā)的方法。為了實現海量數據的快速顯示,采用基于多分辨率瓦片金字塔技術、海量數據索引技術和基于線程的實時調度等技術,達到了可視化實際應用的要求。4、研究了海洋虛擬環(huán)境建模方法,提出了?？?、海面、海體、海底的自然環(huán)境和非自然實體建模方法。針對真實感海浪的模擬,提出了用海洋波譜函數來對隨機的海洋波面進

5、行構造,這種基于二維空間的模擬方法,通過對給定能量譜的正弦分量進行多重求和,簡單易行,并在視覺上獲得較好的效果。5、研究基于虛擬GIS的海洋環(huán)境虛擬可視化。分析了虛擬現實技術與GIS的結合方式,提出了構建虛擬GIS的兩種開發(fā)策略,指出了虛擬現實和GIS的松散數據結合是較好的集成應用方式。為了更加逼真形象地描述虛擬海洋環(huán)境,提高程序的效率和質量,簡化仿真建模過程,本文提出了基于三維圖形引擎的松散式集成的設計方法,并設計開發(fā)了支持海洋虛擬環(huán)

6、境的三維圖形引擎OE3DGE。6、根據海洋環(huán)境領域的應用特點提出了海洋多維動態(tài)數據的時空可視化方法,全面、詳細和準確地表現和描述多維對象的空間特征和變化趨勢。為海洋科研和工作人員提供一種可視化表達和分析工具,來直觀的表達和揭示海洋現象和構造特征,提供海洋現象的動態(tài)變化、歷史回溯和未來演變的可視化。7、為了動態(tài)地顯示海洋環(huán)境三維數據場的整體變化情況,提出了基于體繪制和面繪制的數據場三維動態(tài)可視化方法,在ArcGIS平臺上給出了基于先進的可