三維氣象數(shù)據(jù)的可視化研究.pdf

1、科學(xué)計(jì)算可視化是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的熱點(diǎn)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(jìn)了科學(xué)計(jì)算工具和研究環(huán)境的進(jìn)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(bào)關(guān)系到億萬(wàn)人民的生活、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和國(guó)家安全，對(duì)災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)和預(yù)防將會(huì)大大減少人民生命財(cái)產(chǎn)的損失。氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性依賴于氣象數(shù)據(jù)的獲取，以及對(duì)數(shù)據(jù)的處理和分析，而氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)所固有的及時(shí)性需求使得氣象工作者必須能在短時(shí)間內(nèi)從海量探測(cè)數(shù)據(jù)中

2、獲取有價(jià)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(shí)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?jī)r(jià)值。 可視化技術(shù)的一個(gè)極為重要的方面是對(duì)數(shù)據(jù)的分類，只有通過對(duì)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(chǎng)、時(shí)變和高動(dòng)態(tài)范圍等特性，因而對(duì)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(jìn)行更好的把握。 本文主要實(shí)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(chǎng)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(chǎng)的分布情況可構(gòu)成一個(gè)二維分布圖。用戶可以在一個(gè)或多個(gè)二維分布圖上進(jìn)行操作，從而交互地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分。另一種是基于機(jī)器學(xué)習(xí)的分類方法。用戶通過在數(shù)據(jù)切片上進(jìn)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(gè)點(diǎn)所包含的信息均作為一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)的訓(xùn)練樣本，樣本分量可包含數(shù)據(jù)場(chǎng)和位置等相關(guān)信息。通過樣本訓(xùn)練可以獲得機(jī)器學(xué)習(xí)的模型，利用該模型對(duì)體數(shù)據(jù)進(jìn)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(tái)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通用、可擴(kuò)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(duì)模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了二維分布圖和機(jī)器學(xué)習(xí)分類方法。論文給出了采用本文方法對(duì)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