郭曉非, 朱俊利, 萬(wàn)劍華, 汪小琪

基于Cesium的海洋環(huán)境要素三維可視化研究

郭曉非1, 朱俊利2, 萬(wàn)劍華1, 汪小琪1

(1. 中國(guó)石油大學(xué)(華東) 海洋與空間信息學(xué)院, 山東 青島 266580; 2. 山東魯邦地理信息工程有限公司, 山東 濟(jì)南 250102)

基于海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)多源的特點(diǎn), 三維地球的可視化顯示更有利于海洋復(fù)雜信息傳遞。Cesium是一款免費(fèi)、擁有諸多API(application programming interface)的開(kāi)源地圖引擎, 本文將二維可視化渲染效果較好的點(diǎn)方式可視化法、點(diǎn)圖標(biāo)映射法和流線(xiàn)法應(yīng)用在Cesium三維地球引擎中, 以NetCDF數(shù)據(jù)格式為例, 實(shí)現(xiàn)了基于Cesium開(kāi)源地圖框架的海洋環(huán)境要素可視化, 直觀(guān)形象地模擬了真實(shí)海洋環(huán)境。

海洋環(huán)境要素; Cesium; 三維數(shù)據(jù)可視化

近年來(lái), 伴隨著海洋觀(guān)測(cè)技術(shù)和儀器設(shè)備的進(jìn)步, 積累了大量海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù), 加之其多源、異構(gòu)等特點(diǎn), 難以直接從中獲得有效信息[1], 需借助專(zhuān)業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境信息提取, 原有二維海圖無(wú)法完全滿(mǎn)足當(dāng)前生產(chǎn)研究需求, 簡(jiǎn)便流暢的三維場(chǎng)景可視化渲染對(duì)海洋環(huán)境要素信息展示尤為重要[2]。

國(guó)外Cameron Beccario創(chuàng)建的Earth網(wǎng)站(https:// earth.nullschool.net)為全球氣候?qū)崟r(shí)變動(dòng)提供了可視化數(shù)據(jù)展示平臺(tái), 捷克氣象公司創(chuàng)辦的VentuSky提供了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全球氣象數(shù)據(jù)的可視化門(mén)戶(hù)網(wǎng)站[3], 二者均可以在網(wǎng)頁(yè)瀏覽海洋環(huán)境要素可視化情況, 但用戶(hù)無(wú)法直接獲取原始海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù); iOcean中國(guó)數(shù)字海洋公眾版采用B/S架構(gòu), 傾向于信息發(fā)布和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)展示, 但瀏覽前需要安裝插件; 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所發(fā)布的IOCAS-MSDC系統(tǒng)[4]基于Leaflet地圖框架開(kāi)發(fā), 在二維地圖上具有較好的展示效果, 但不具備三維可視化效果。

Cesium是一款基于JavaScript和WebGL的免費(fèi)開(kāi)源三維地圖框架, 支持瀏覽器無(wú)插件訪(fǎng)問(wèn), 同時(shí)支持GeoJSON、KML等多種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)顯示[5], 環(huán)境配置簡(jiǎn)單, 可移植性強(qiáng), 已廣泛應(yīng)用于地學(xué)各個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外海洋三維可視化平臺(tái)多基于WebGL等技術(shù)由底端進(jìn)行數(shù)據(jù)渲染, Cesium地球引擎在海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)三維渲染中尚未得到廣泛應(yīng)用。海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)可視化常用方法有點(diǎn)方式可視化法、點(diǎn)圖標(biāo)映射法和流線(xiàn)法等, 在Leaflet、OpenLayers等二維開(kāi)源地圖框架上均有較好渲染結(jié)果, 但在Cesium三維開(kāi)源地圖框架中使用較少。

本文將渲染效果較好的數(shù)據(jù)可視化方法應(yīng)用于Cesium開(kāi)源地圖框架中, 數(shù)據(jù)渲染維度由二維轉(zhuǎn)為三維, 實(shí)現(xiàn)了海洋環(huán)境標(biāo)量要素與矢量要素的三維可視化渲染。

1 海洋環(huán)境要素可視化渲染方法

海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)用于描述海洋環(huán)境現(xiàn)象和過(guò)程的空間分布, 主要分為標(biāo)量要素場(chǎng)和矢量要素場(chǎng)。本文以海表面溫度場(chǎng)和海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)為例, 闡述了基于Cesium開(kāi)源地圖框架的海洋數(shù)據(jù)場(chǎng)三維可視化方法。

1.1 標(biāo)量場(chǎng)可視化

海洋標(biāo)量場(chǎng)僅用數(shù)值大小即可完整表征, 本文利用幾何圖形對(duì)象的可視化方法, 借助Cesium中Entity API實(shí)現(xiàn)了基于點(diǎn)圖形可視化方法的海洋標(biāo)量場(chǎng)數(shù)據(jù)渲染[6]。Entity API重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)展示而非底層可視化機(jī)制, 區(qū)別于傳統(tǒng)的柵格圖像貼圖方法, 根據(jù)數(shù)據(jù)直接在三維球體上進(jìn)行繪制渲染, 數(shù)據(jù)即來(lái)即用, 節(jié)省了后臺(tái)生成標(biāo)量場(chǎng)柵格圖的時(shí)間。

點(diǎn)方式可視化是在三維場(chǎng)景中直接以點(diǎn)狀對(duì)象進(jìn)行要素可視化表達(dá), 根據(jù)數(shù)據(jù)范圍對(duì)顏色分級(jí), 場(chǎng)中每個(gè)點(diǎn)的數(shù)值對(duì)應(yīng)一種顏色, 通過(guò)不同顏色反映數(shù)據(jù)場(chǎng)中數(shù)值大小及變化情況。當(dāng)原始數(shù)據(jù)空間分辨率較低時(shí), 離散的標(biāo)量場(chǎng)采用插值算法重建相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)間的關(guān)系, 并將插值得到的數(shù)值對(duì)應(yīng)不同顏色分級(jí), 主要流程如圖1所示。

圖1 標(biāo)量場(chǎng)可視化流程圖

以海表面溫度數(shù)據(jù)為例, 進(jìn)行可視化渲染的具體步驟如下:

1) 根據(jù)讀入的數(shù)據(jù)按照經(jīng)緯度劃分規(guī)則格網(wǎng), 判斷待操作區(qū)域是否需要插值。插值結(jié)果與格網(wǎng)大小, 即數(shù)據(jù)精度有關(guān), 格網(wǎng)過(guò)小插值任務(wù)加重, 效率降低; 格網(wǎng)過(guò)大插值精度降低, 達(dá)不到理想效果。本文規(guī)定若數(shù)據(jù)空間分辨率低于0.5°, 則進(jìn)行插值, 否則不進(jìn)行插值, 以提高系統(tǒng)可視化效率。

2) 使用克里金插值方法, 得到插值格網(wǎng)的數(shù)據(jù)值, 并根據(jù)結(jié)果顏色分級(jí), 實(shí)現(xiàn)海表面溫度數(shù)據(jù)可視化渲染。

1.2 矢量場(chǎng)可視化

矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)既有大小, 也有方向, 常見(jiàn)矢量場(chǎng)可視化方法包括點(diǎn)圖標(biāo)映射法、流線(xiàn)法、紋理映射法等[7]。本文使用點(diǎn)圖標(biāo)映射法和流線(xiàn)法實(shí)現(xiàn)靜、動(dòng)態(tài)矢量場(chǎng)可視化渲染, 流程如圖2所示。

圖2 矢量場(chǎng)可視化流程圖

(1) 點(diǎn)圖標(biāo)映射法

點(diǎn)圖標(biāo)映射法在風(fēng)場(chǎng)可視化算法中最易實(shí)現(xiàn)且效率較高, 常用圖標(biāo)有箭頭、椎體、有向線(xiàn)段等[8-9]。本文通過(guò)Cesium的Primitive API繪制箭頭圖標(biāo)與顏色映射表對(duì)應(yīng), 實(shí)現(xiàn)靜態(tài)矢量場(chǎng)的可視化渲染, 箭頭顏色表示數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)值大小, 偏轉(zhuǎn)方向表示矢量場(chǎng)方向。以風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)為例, 進(jìn)行可視化渲染的步驟為:

1) 確定箭頭的大小, 基于計(jì)算機(jī)屏幕及人體視覺(jué)因素的考慮, 根據(jù)地圖縮放等級(jí)確定箭頭大小, 并設(shè)定地圖等級(jí)與箭頭數(shù)量線(xiàn)性相關(guān)。設(shè)箭頭基礎(chǔ)長(zhǎng)度為3, 每層級(jí)的密度增加幅度為40, 共18個(gè)等級(jí)。

2) 計(jì)算箭頭偏轉(zhuǎn)方向, 根據(jù)經(jīng)緯度、箭頭基礎(chǔ)長(zhǎng)度和風(fēng)場(chǎng)數(shù)值, 計(jì)算箭頭的偏轉(zhuǎn)方向[10]。調(diào)用Cesium中Primitive API進(jìn)行繪制, 可省略箭頭尾部繪制, 只需計(jì)算箭頭整體偏轉(zhuǎn)角度, 提高可視化渲染速度。根據(jù)數(shù)據(jù)起始點(diǎn)、方位角計(jì)算箭頭的起始位置和終止位置, 其中, 方位角以由南至北經(jīng)線(xiàn)為0度作為起始位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

3) 確定箭頭顏色, 根據(jù)地圖縮放層級(jí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀與插值操作, 由生成的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)值計(jì)算各個(gè)箭頭的RGB顏色分量值。

(2) 流線(xiàn)法

矢量場(chǎng)點(diǎn)圖標(biāo)繪制簡(jiǎn)單方便, 但可視化范圍的數(shù)據(jù)量直接影響渲染結(jié)果, 數(shù)據(jù)量較大時(shí)箭頭出現(xiàn)疊加現(xiàn)象, 可視化雜亂, 繪制效率低。流線(xiàn)描述的是場(chǎng)中數(shù)據(jù)點(diǎn)的切線(xiàn)方向, 對(duì)于場(chǎng)空間的任意點(diǎn), 某時(shí)刻有且僅有一條流線(xiàn)通過(guò)該點(diǎn), 該點(diǎn)處流線(xiàn)的切線(xiàn)方向表示對(duì)應(yīng)矢量場(chǎng)方向, 不同顏色表示數(shù)值大小。相比于點(diǎn)圖標(biāo)映射法, 流線(xiàn)法可以連續(xù)表示矢量場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化。以風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)為例, 進(jìn)行可視化渲染的步驟為:

1) 根據(jù)數(shù)據(jù)經(jīng)緯度劃分格網(wǎng), 在格網(wǎng)上隨機(jī)生成風(fēng)粒子并設(shè)置持續(xù)時(shí)間、流動(dòng)快慢等基本屬性, 繪制初始生成的風(fēng)粒子[11-12]。

2) 對(duì)于生成的每個(gè)粒子, 基于該點(diǎn)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲得當(dāng)前位置風(fēng)粒子的速度, 計(jì)算偏轉(zhuǎn)角度確定粒子未來(lái)移動(dòng)方向, 在格網(wǎng)中不斷運(yùn)動(dòng)更新。數(shù)據(jù)空間分辨率不滿(mǎn)足要求時(shí)(本文假定低于0.5°), 前端繪制前使用克里金插值法進(jìn)行插值, 以確保風(fēng)粒子繪制時(shí)不會(huì)出現(xiàn)空白區(qū)域。

3) 風(fēng)場(chǎng)顏色通過(guò)Cesium中OpenGL提供的片段著色器計(jì)算得到, 根據(jù)風(fēng)速大小劃分顏色等級(jí), 為片段著色器賦值, 實(shí)時(shí)更新風(fēng)粒子的停留時(shí)間和對(duì)應(yīng)顏色, 給定風(fēng)粒子速度閾值以確定何時(shí)在格網(wǎng)中刪除舊粒子, 繪制新定位的粒子, 最終實(shí)現(xiàn)Cesium三維球體流線(xiàn)法可視化。

4) 風(fēng)場(chǎng)流線(xiàn)法繪制時(shí)增加每秒傳輸幀數(shù)(frames per second, FPS)參數(shù), 用于監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)矢量場(chǎng)可視化流暢程度。

2 應(yīng)用實(shí)例

基于上述可視化方法研究和Cesium三維地圖框架, 編程實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境標(biāo)量場(chǎng)和矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)的三維可視化渲染。

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

Cesium地球引擎支持特定的數(shù)據(jù)格式, 初始獲得的NetCDF、ASCII、HDF等數(shù)據(jù)格式無(wú)法直接用于Cesium進(jìn)行可視化渲染, 均需預(yù)處理為GeoJSON格式。GeoJSON是基于JavaScript對(duì)象表示法(JavaScript object notation, JSON)的地理空間信息數(shù)據(jù)交換格式, 主要用來(lái)表示空間地理信息。

隨著海洋數(shù)據(jù)采集技術(shù)的不斷和進(jìn)步, 海洋數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出類(lèi)型多樣化、維度豐富化、數(shù)據(jù)量暴增等特征, 海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)通常以NetCDF(network common data form)文件格式進(jìn)行存儲(chǔ)和交換, 該格式作為一種通用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式, 與其他文件存儲(chǔ)格式相比(ASCII文件、二進(jìn)制文件、HDF格式等)更易轉(zhuǎn)換為GeoJSON格式, 便于在Cesium中進(jìn)行可視化渲染。

本文數(shù)據(jù)來(lái)自歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(European centre for medium-range weather forecasts, ECMWF)和美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(national centers for environmental prediction, NCEP), 均為NetCDF格式。主要數(shù)據(jù)類(lèi)別為風(fēng)場(chǎng)、海流、海表面波高、海表面溫度及海洋葉綠素濃度等, 為方便數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理, 制定新的命名規(guī)則為: 類(lèi)型_范圍_分辨率_時(shí)間.nc, 示例結(jié)果如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)文件重命名

Cesium數(shù)據(jù)可視化渲染支持GeoJSON格式, 不同海洋環(huán)境要素NetCDF數(shù)據(jù)組織[13-14]存在差異, 將NetCDF文件解析重組織為Cesium支持的格式是可視化的基礎(chǔ)工作。本文基于JAVA語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)NetCDF數(shù)據(jù)預(yù)處理, 表2以風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)為例, 列出了解析NetCDF文件用到的基本函數(shù)。數(shù)據(jù)解析重組中, 原始數(shù)據(jù)精度較高, 全部在Web端顯示易出現(xiàn)繪制卡頓、內(nèi)存溢出的問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題, 采用數(shù)據(jù)抽稀算法處理NetCDF數(shù)據(jù), 減少數(shù)據(jù)量, 自定義適用于三維可視化的GeoJSON數(shù)據(jù)格式, 供前端快速響應(yīng)。數(shù)據(jù)抽稀[15]后可視化渲染效果與抽稀前結(jié)果基本一致, 繪制效率顯著提高。

本文使用的NetCDF數(shù)據(jù)為規(guī)則格網(wǎng)全球數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)間隔較小, 默認(rèn)相鄰點(diǎn)間數(shù)據(jù)變化較小。曲線(xiàn)抽稀算法中的步長(zhǎng)法是沿連續(xù)曲線(xiàn)每隔一定步長(zhǎng)抽取一點(diǎn), 其余點(diǎn)全部壓縮[16], 借鑒該思想, 后端采用等間隔抽稀方法, 以抽稀間隔、前端顯示經(jīng)緯度范圍為參數(shù), 在不改變數(shù)據(jù)正確性的前提下, 最大限度減少數(shù)據(jù)量, 提高繪制效率。計(jì)算公式如下:

表2 解析NetCDF文件基本函數(shù)

lat = origin_lat + [origin_lat/space], (1)

lon = origin_lon + [origin_lon/space]. (2)

origin_lat、origin_lon為可視化區(qū)域原始經(jīng)緯度范圍, space為抽稀間隔, lat、lon為數(shù)據(jù)抽稀后對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度范圍。以風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)為例, 前端將給定的抽稀間隔(0.25°、0.5°、0.75°和1.0°四種抽稀間隔)作為參數(shù)傳入后端, 判斷經(jīng)緯度范圍能否整除抽稀間隔, 若無(wú)法整除, 則對(duì)抽稀后的數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行取整操作, 得到抽稀后經(jīng)緯度對(duì)應(yīng)的原始風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)點(diǎn), 計(jì)算風(fēng)速存入新建數(shù)組中, 轉(zhuǎn)換為GeoJSON格式, 圖3為重組織成GeoJSON數(shù)據(jù)的文本描述。

2.2 基于Cesium的海洋環(huán)境要素三維可視化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本文依托JAVA和JavaScript開(kāi)發(fā)語(yǔ)言, 基于Cesium的三維可視化結(jié)果構(gòu)建了海洋環(huán)境要素三維可視化系統(tǒng), 總體框架如圖4所示。

圖3 GeoJSON數(shù)據(jù)文本描述

圖4 系統(tǒng)總體框架圖

海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)三維可視化系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、邏輯層與用戶(hù)層。數(shù)據(jù)層主要對(duì)NetCDF格式的海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理, 轉(zhuǎn)換為GeoJSON格式供Web端快速響應(yīng); 邏輯層主要通過(guò)Spring Boot框架[17-18]實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)和海洋環(huán)境要素三維可視化渲染; 用戶(hù)層根據(jù)需要展示海洋環(huán)境要素在三維地球模型上的可視化結(jié)果, 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

由圖5可知, 海洋環(huán)境要素三維可視化系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能。

數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊實(shí)現(xiàn)不同來(lái)源NetCDF數(shù)據(jù)的解析重構(gòu)與數(shù)據(jù)抽稀, 并轉(zhuǎn)換為GeoJSON格式與Web端快速響應(yīng)。可視化模塊主要包括地圖基本操作及海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)三維表達(dá), 地圖基本操作支持地圖縮放、二三維切換和地圖底圖變換; 海洋環(huán)境要素三維可視化支持標(biāo)量場(chǎng)數(shù)據(jù)基于點(diǎn)方式可視化的三維渲染、矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)點(diǎn)圖標(biāo)映射法和流線(xiàn)法的可視化渲染。數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)了海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)簡(jiǎn)單管理, 主要包含數(shù)據(jù)下載、上傳和刪除功能。系統(tǒng)整體界面如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)主界面

在系統(tǒng)可視化展示中, 基于點(diǎn)方式的可視化方法實(shí)現(xiàn)了全球海洋環(huán)境標(biāo)量場(chǎng)數(shù)據(jù)三維可視化, 以海表面溫度為例, 不同顏色表示海表面溫度的高低(由紅色到藍(lán)色表示溫度從高到低), 海表面溫度數(shù)據(jù)渲染結(jié)果如圖7a所示。該方法通過(guò)顏色值變化表示不同位置海表面溫度值的漸變, 直觀(guān)明了?；邳c(diǎn)圖標(biāo)映射法和流線(xiàn)法實(shí)現(xiàn)了全球海洋環(huán)境矢量要素的三維可視化, 以風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)為例, 點(diǎn)圖標(biāo)映射法通過(guò)不同顏色表示風(fēng)速?gòu)?qiáng)弱(從紅色到藍(lán)色表示風(fēng)速由強(qiáng)到弱), 箭頭偏轉(zhuǎn)方向表示該點(diǎn)當(dāng)前風(fēng)向(圖7b), 該方法易于實(shí)現(xiàn), 但數(shù)據(jù)密度較大時(shí), 易出現(xiàn)圖標(biāo)堆疊現(xiàn)象, 不利于信息的進(jìn)一步分析; 流線(xiàn)法同樣以不同顏色表示風(fēng)速?gòu)?qiáng)弱(由紅色到黃色表示風(fēng)速?gòu)膹?qiáng)到弱), 流線(xiàn)流動(dòng)方向表示風(fēng)向變化, 相比于點(diǎn)圖標(biāo)映射法, 增加了數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)特征, 提高了可視化渲染效果, 繪制結(jié)果如圖7c所示。

圖7 全球海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)可視化渲染

由海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)可視化結(jié)果可知, 基于點(diǎn)方式的標(biāo)量場(chǎng)可視化方法通過(guò)不同顏色表示數(shù)值大小, 簡(jiǎn)單直觀(guān), 有效提高了標(biāo)量場(chǎng)可視化效率; 基于點(diǎn)圖標(biāo)映射法的矢量場(chǎng)可視化方法通過(guò)箭頭偏轉(zhuǎn)方向表示風(fēng)速方向, 箭頭顏色表示風(fēng)速大小, 繪制便捷高效, 但數(shù)據(jù)密度較大時(shí)箭頭易出現(xiàn)雜亂重疊現(xiàn)象, 且無(wú)法顯示矢量場(chǎng)連續(xù)變化; 基于流線(xiàn)法的矢量場(chǎng)可視化方法中流線(xiàn)方向表示矢量場(chǎng)運(yùn)動(dòng)方向, 流線(xiàn)顏色表示矢量場(chǎng)數(shù)值大小, 相比于點(diǎn)圖標(biāo)法, 增加了矢量場(chǎng)的動(dòng)態(tài)特征, 更加形象地模擬了矢量場(chǎng)在三維地球中的存在情況。

3 結(jié)論

本文結(jié)合海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)的特點(diǎn), 主要實(shí)現(xiàn)了不同可視化方法在Cesium開(kāi)源地圖框架下的三維渲染, 得出以下結(jié)論: 1) Cesium支持特定的數(shù)據(jù)格式, 將NetCDF數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為Cesium開(kāi)源框架支持的GeoJSON數(shù)據(jù)格式是可視化渲染的基礎(chǔ)工作。2) 將二維可視化渲染中效果較好的點(diǎn)方式可視化法、點(diǎn)圖標(biāo)映射法和流線(xiàn)法應(yīng)用于Cesium三維地球引擎, 實(shí)現(xiàn)了海洋環(huán)境標(biāo)量場(chǎng)與矢量場(chǎng)數(shù)據(jù)的三維可視化渲染。與二維海洋環(huán)境要素可視化結(jié)果相比, 更加直觀(guān)形象地模擬了真實(shí)海洋環(huán)境, 為用戶(hù)了解復(fù)雜海洋環(huán)境提供借鑒。

目前系統(tǒng)基于Cesium的標(biāo)量場(chǎng)可視化結(jié)果未與岸線(xiàn)完全貼和, 下一步將嘗試使用不同數(shù)據(jù)插值方法提高岸線(xiàn)周邊的繪制精度; 當(dāng)前只使用了NetCDF單一數(shù)據(jù)格式, 未考慮三角格網(wǎng)數(shù)據(jù)和空間分布不均勻數(shù)據(jù)等復(fù)雜數(shù)據(jù), 下一步將研究不同格式海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)用于Cesium的可視化渲染方法。

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3D visualization of marine environmental elements based on Cesium

GUO Xiao-fei1, ZHU Jun-li2, WAN Jian-hua1, WANG Xiao-qi1

(1. College of Oceanography and Space Informatics, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China; 2. Shandong LuBang Geographic Information Engineering Corporation, Jinan 250102, China)

The 3D visualization of the Earth can conveniently transfer complex information on the basis of multisource marine environment data. Cesium is a free, open-source map engine with many application programming interfaces. In this study, point mode visualization, point icon mapping, and streamlines are applied in Cesium, and the network common data form format is taken as an example to realize the visualization of marine environmental elements based on Cesium. The final results simulate the real ocean environment intuitively.

marine environmental elements; Cesium; 3D visualization

Feb. 8, 2021

P741.1

A

1000-3096(2021)05-0130-07

10.11759/hykx20210208004

2021-02-08;

2021-02-08

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFC1405600); 國(guó)家自然科學(xué)基金(41976184)

[National Key R & D Plan, No. 2017YFC1405600; National Natural Science Foundation of China, No. 41976184]

郭曉非(1997—), 女, 山西太原人, 碩士研究生, 研究方向?yàn)榈貓D制圖學(xué)與地理信息工程, E-mail: m17866624669_1@163.com

(本文編輯: 楊 悅)