基于实时特征流线的流场多尺度制图方法

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洋流是海洋中重要的物理现象,对气候和天气等多种变化过程起着制约性作用。研究并发展GIS大场景环境下的海流可视化技术和方法,对于了解和分析海流特征和规律,从而辅助建设海洋工程、提高管理海洋的能力和水平等方面,具有重要的现实意义和利用价值。传统的静态流场可视化方法存在有诸如无法表达流场连续性、可视化效果杂乱、计算耗时等多种问题,很难保证流场快速直观地可视化,而粒子系统等动态表达方法也不适用于流场某一时刻静态信息的表达和研究。因此本文从数据处理、流线追踪、种子点布局以及冲突检测等角度入手,提出基于实时特征流线的流场多尺度制图方法,算法内容如下:(1)针对小尺度流场数据的特征综合及加强问题,本文通过均值滤波算法对数据进行滤波运算,将小尺度下流场数据中流速、流向变化不明显的洋流信息进行衰弱,对变化明显的特征信息进行加强。(2)针对流线的追踪计算问题,本文采用计算效率较高、效果较好的一阶欧拉法作为积分函数,并提出了解决不同尺度下流线追踪步长自适应的步长参数计算方法,通过结合流速与步长处理参数来求算最终步长。(3)针对种子点布局问题,本文采用“格网+特征”双重种子点放置方法来对可视化区域进行布点。利用格网规则布点方法进行一次全局均匀布点,利用特征区域随机布点方案进行二次种子点布局,以此来解决种子点分布不均匀、特征表达不清晰等问题。(4)针对流线的冲突判断和处理问题,本文依照“先处理,后可视化”的冲突处理流程,提出了一种先利用空间属性信息对流线的聚集压盖情况进行粗略算法检测,后利用距离阈值参数纠正粗检测结果中误判情况的冲突检测方案,以此来解决传统检测方案处理耗时的问题。最后,本文对上述制图方法进行了地图载负量评价和制图方法综合调查评价,实验结果表明,当基础布点间隔落在14-16区间,多尺度抽稀平衡参数取值为4时,地图载负量可达到18%-28%这一最适区间。同时,在对不同领域中随机100人的调查结果进行多层次建模分析后可以发现,给予五星和四星评价的人数占比71%,表明绝大多数用户认为所提方法在多尺度特征保留、流场连续性表达等方面均具有较好的表达效果,且绘图速度和所提方法对流场表达的适用度也均有较好的表现。
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