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空间科学是指利用航天器研究发生在日地空间、行星际空间及至整个宇宙空间的物理、天文、化学和生命等自然现象及其规律的科学。一直以来,太阳的活动对地球有显著的影响,日冕物质抛射(CME)所形成的太阳风就是典型事例,它是科学家研究的重点对象。为了更好地推动空间科学的发展,为了更好地研究太阳风的形成和CME的特征,需要对太阳风进行多方位、多角度的观测以及多尺度的可视化表达。 随着空间观测手段的日益丰富和技术的不断发展,太阳风数据量急剧上升,体绘制运算量明显增大,在海量数据可视化过程中,渲染速度成为一大瓶颈。LOD(Levels of Details)技术符合人视觉特性,在显示环境中,可根据物体所处的位置及其重要程度,决定物体渲染的资源分配,降低非重要物体的细节程度,从而提高渲染效率。所以可以通过建立多分辨率模型来提高渲染的实时性。在多维空间信息组织上,待解决的问题有:快速且正确的信息检索;时空多维信息一体化表达;信息组织与管理。本文将针对太阳风LOD的数据组织方法开展深入的研究。 首先,介绍太阳风相关基础理论,包含太阳风的形成原因、基本特征、数据特点以及数据表现形式;太阳风相关空间参考坐标系统及其转换关系。阐述了现有空间剖分的理论技术,主要从球面剖分和三维体剖分两方面展开。对于二维球面,有三种最典型的格网模型:经纬格网、正多面体剖分模型、Voronoi图自适应剖分模型。对于三维体空间,有四种格网模型:QuaPA格网、SDOG格网、适应性SDOG格网、多面体格网模型。 其次,基于已有的二维表面剖分模型,结合太阳风数据特点及采样方式,提出一种基于经纬网格的SDQG(球面退化四叉树网格)模型,对任意日心距离的球面空间进行剖分,并采用退化Z曲线对网格进行编码。该网格解决了两极网格过密的问题。对于过太阳质心的任意切平面,主要是黄道面和子午面,提出全新的适用于太阳风数据的PDQG-R模型,即径向细分的平面退化四叉树网格。用改进的退化Z曲线对网格进行编码,并给出了编码与实际位置的对应关系。该模型不仅解决了球心处网格过密的问题,还解决了径向分辨率大于经(纬)向分辨率的问题。 再次,针对太阳风的数据特点,着重阐述了适应性SDOG格网中的对径向独立细分的SDOG-R格网,同时为了使数据适用该模型,提出了一种基于球体坐标系的三维质心插值算法,对原始数据进行重采样。该剖分模型既适用于非规则采样数据,又能最大化的保留原始数据特点。并用改进的CDZ曲线对网格进行编码。该模型不仅解决了两极和球心处网格过密的问题,还解决了径向分辨率大于球面分辨率的问题。 最后,在太阳风二维和三维立体剖分模型的基础上,基于LOD技术建立金字塔模型,从而实现海量太阳风数据的组织与管理,并且给出了基于视点的LOD级别计算方法。根据剖分模型和格网编码方案,采用Matlab对太阳风数据进行剖分,再结合VC++、OpenGL对数据进行可视化,并给出相应的数据组织可视化实例,进行实验分析与验证。