利用IDL语言实现对气象数据的体视化显示.pdfVIP

第 27 卷 　第 4 期 气 象 科 学 Vol . 27 , No . 4 　2007 年 8 月 SCIEN T IA M E T EO ROL O GICA SIN ICA A u g . , 2007 　 利用 IDL 语言实现对气象数据的体视化显示 何全军 　曹 　静 (广州气象卫星地面站 广州 5 10640) 　 摘 　要 　介绍了体视化技术 、体数据的概念以及科学可视化语言 IDL 的特点 。对以 IDL 语 言为平台开发的体可视化系统的功能进行说明 ,并阐述了体可视化 、切割 、剖面 、等值面等关键技 术的实现 。最后通过开发的可视化系统对一组压强场数据进行可视化处理给出体视化实例 。 关键词 　IDL 　气象数据 　体数据 　体视化 　　分类号 　P409 　　文献标识码 　B 　　引　言 体视化是科学可视化的一个重要组成部分 ,是在吸收图像处理 、计算机 、视觉和计算机图形学等学科有 关知识的基础上发展起来的 , 已有二十多年的发展历史 。体视化的任务就是揭示物体内部复杂的结构 ,使人 们能够看到通常情况下所看不到的物体内部结构 。通过体视化技术可以将抽象的科学数据以人的视觉能够 接受的形式显示在人们面前 ,便于人们的判断分析 。体视化技术应用十分广泛 ,几乎涉及 自然科学 、工程技 术中与空间数据场有关的所有领域 ,如医学 、地震 、地质 、水文 、空间物理 、流体力学 、计算机设计等 。 ( 气象系统是一个三维空间分布的时间动态过程 ,传统的二维剖面式图形表达 如常规的地面和高空天气 ) [ 1] [2 ] 图 远远不能满足气象科学的需求 ,气象资料的三维显示已成为一个趋势 。为了在三维空间中进行气象 数据的描述和分析 , 国内外研究部门纷纷开发了新的气象可视化系统 , 国外有 Vi s5D[3 ] 、MciDA S 、Vi sual [ 1 ] 和基于 Vi s5D 核心的D3D[4 ] 等 , 国内有 PCVi s5D 、Micap s 和国家气象中心基于 AV S/ Exp re ss 平台开发的气 [ 5 ] 象模式三维可视化系统 等 ,然而这些可视化软件 ,或者需要运行于工作站平台 ,难以普及 ;或者是采用了等 [ 6 ] 值面 、剖面和矢量场粒子流体 表达等方法来对气象数据场的信息进行描述和分析 ,难以同时兼顾几何形态 的描述和内部属性的表达 。 本文以跨平台的计算机语言 IDL 为开发环境再进行可视化系统开发 ,利用体视化技术对三维规则网格 数据建立真三维体模型 ,基于直接体视化方法进行体绘制 ,对体素进行彩色渲染和透明度处理再现气象数据 空间分布特征 ,还可对体数据进行切割来洞悉体模型内部信息 ,使用表面构造方法描述空间体的几何构造 , 并辅以剖面方式展现空间体的内部信息 。 1 　体视化的概念 1. 1 　体视化技术 体视化[7 ] (Volume Vi sualization) 技术是真正的三维可视化技术 ,主要处理和分析各种包含物体内部信 息的体数据 ,并对这些体数据进行变换 、操作 、物体重建和显示 ,其 目的是让人们更清楚地认识蕴含于体数据 之中的复杂结构 。 对体数据进行显示有两种方法[7 ,8 ] ,一种是先进行物体三维重建 ,然后利用计算机图形学的显示技术对