三維氣象數(shù)據(jù)的可視化研究.pdf

1、科學(xué)計算可視化是計算機圖形學(xué)研究的熱點領(lǐng)域之一，可視化技術(shù)極大地提高了數(shù)據(jù)處理的速度和處理的質(zhì)量，推進了科學(xué)計算工具和研究環(huán)境的進一步現(xiàn)代化，從而使科學(xué)研究工作的面貌發(fā)生根本性的變化。氣象預(yù)報關(guān)系到億萬人民的生活、國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和國家安全，對災(zāi)害性天氣的預(yù)報和預(yù)防將會大大減少人民生命財產(chǎn)的損失。氣象預(yù)報的準(zhǔn)確性依賴于氣象數(shù)據(jù)的獲取，以及對數(shù)據(jù)的處理和分析，而氣象預(yù)報業(yè)務(wù)所固有的及時性需求使得氣象工作者必須能在短時間內(nèi)從海量探測數(shù)據(jù)中

2、獲取有價值的信息。將可視化技術(shù)應(yīng)用于氣象領(lǐng)域，使得原本復(fù)雜、晦澀難懂的氣象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成了直觀的二維和三維圖像，極大地幫助氣象工作者分析氣象數(shù)據(jù)和在短時間內(nèi)作出準(zhǔn)確的判斷。因此，面向氣象數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)具有極大的研究價值。 可視化技術(shù)的一個極為重要的方面是對數(shù)據(jù)的分類，只有通過對數(shù)據(jù)良好的分類映射，用戶才能迅速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱含的本質(zhì)信息，從而作出準(zhǔn)確合理的判斷。氣象數(shù)據(jù)具有多場、時變和高動態(tài)范圍等特性，因而對分類方法提出了更高

3、的要求。本文主要研究面向三維氣象數(shù)據(jù)的分類方法，通過分類操作能夠?qū)庀髷?shù)據(jù)進行更好的把握。 本文主要實現(xiàn)了兩種分類方法，一種是基于二維分布圖的分類方法，二維分布圖指的是以數(shù)據(jù)場或其他相關(guān)信息作為兩坐標(biāo)軸數(shù)據(jù)的分布圖，如氣壓和溫度數(shù)據(jù)場的分布情況可構(gòu)成一個二維分布圖。用戶可以在一個或多個二維分布圖上進行操作，從而交互地對數(shù)據(jù)進行劃分。另一種是基于機器學(xué)習(xí)的分類方法。用戶通過在數(shù)據(jù)切片上進行交互操作指定感興趣的區(qū)域和不感興趣的區(qū)域，

4、區(qū)域中每一個點所包含的信息均作為一個機器學(xué)習(xí)的訓(xùn)練樣本，樣本分量可包含數(shù)據(jù)場和位置等相關(guān)信息。通過樣本訓(xùn)練可以獲得機器學(xué)習(xí)的模型，利用該模型對體數(shù)據(jù)進行分類，從而得到分類后的三維繪制結(jié)果。 我們還在研究小組原有體繪制平臺基礎(chǔ)上實現(xiàn)了一個通用、可擴展的數(shù)據(jù)分類系統(tǒng)，本系統(tǒng)遵循了面向?qū)ο蟮脑瓌t，對模塊結(jié)構(gòu)進行了合理的設(shè)計，實現(xiàn)了二維分布圖和機器學(xué)習(xí)分類方法。論文給出了采用本文方法對氣象數(shù)據(jù)的可視化處理結(jié)果，充分表明了我們所提出的兩類