《基於粒子系統的海洋非結構格線流場三維動態可視化》是依託山東科技大學，由艾波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於粒子系統的海洋非結構格線流場三維動態可視化
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：艾波
- 依託單位：山東科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
GIS領域的三維可視化研究已從幾何特徵（地表起伏）表達走向地理特徵（地理過程）表達，需要將計算機圖形學技術與地學領域專業模型結合以展示場景分布模式、揭示地理環境機理、預測地理過程趨勢。本項目將針對當前物理海洋模擬中常用的非結構化格線模型FVCOM，基於粒子系統進行海洋流場三維動態可視化研究，通過高效粒子追蹤方法和三維粒子系統動態製圖方法，實現大量粒子的連續運動對三維流場進行動態模擬和表達。首先，本項目將探索三維非結構格線單元空間索引，最佳化粒子點定位算法，研究基於GPU的海量粒子追蹤並行計算，建立高效粒子追蹤方法。其次，研究三維粒子系統符號視覺變數體系，以格式塔原理為指導最佳化粒子符號和動態地圖設計，通過“焦點+上下文”等策略消除三維粒子圖形視覺混亂，建立粒子系統多尺度表達模型，發展結構清晰、層次分明、重點突出的三維粒子系統動態製圖方法。
結題摘要
本項目將針對當前物理海洋模擬中常用的非結構化格線模型FVCOM，基於粒子系統進行海洋流場三維動態可視化研究，通過高效粒子追蹤方法和三維粒子系統動態製圖方法，實現大量粒子的連續運動對三維流場進行動態模擬和表達。本項目主要完成了如下研究內容： （1）建立了非結構化格線流場中的高效粒子追蹤算法 通過三維非結構格線流場空間索引結構，研發了高效粒子定位算法；建立了自適應階數和步長的數值積分算法，減少了粒子追蹤計算冗餘，提高了追蹤效率；研發了基於GPU的海量粒子追蹤並行計算和渲染方法，實現了百萬數量級三維粒子以20fps以上的幀速率進行實時追蹤和渲染。 （2）發展了粒子系統三維動態製圖方法 研究了三維動態粒子系統符號視覺變數體系，將透明度視覺變數套用到三維動態製圖中；利用“焦點+上下文”等策略減輕了三維粒子圖形的視覺混亂問題；建立了三維粒子系統多尺度表達模型，實現了結構清晰、層次分明、重點突出的海洋流場三維動態模擬和表達。 本項目基本達到了研究目標，相關成果發表論文5篇，獲得軟體著作權1項，獲得省部級科技獎勵2項。研發的粒子系統三維流場可視化軟體在國家海洋環境預報中心、國際海洋局北海預報中心、中國海洋大學大氣海洋學院等單位投入業務化運行，作為海洋流場的展示和分析工具得到了海洋領域專家的好評，取得了良好的社會效益。
