基于六邊形網(wǎng)格的全球標量數(shù)據(jù)體繪制方法研究.pdf

1、體繪制以其能夠觀察三維數(shù)據(jù)場的整體和全貌的優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于氣象、海洋、地質(zhì)等全球數(shù)據(jù)的可視化展示。若想得到更精細的體繪制效果，就必須使用高精度的體數(shù)據(jù)，而基于經(jīng)緯度網(wǎng)格的傳統(tǒng)體繪制方法由于“極點問題”，在構(gòu)造高緯度地區(qū)的體數(shù)據(jù)時產(chǎn)生了很多不必要數(shù)據(jù)，使得體數(shù)據(jù)量驟增，同時也降低了繪制的精準度。近年來以三角形、菱形和六邊形為基本單元的球面離散網(wǎng)格系統(tǒng)有了較大的進展，這些網(wǎng)格系統(tǒng)從根本上克服極點問題。本文針對這一現(xiàn)狀，提出將六邊形網(wǎng)格應(yīng)

2、用于體繪制方法，有效降低體數(shù)據(jù)量并提升繪制效果。
　　首先，在對不同剖分單元的球面離散網(wǎng)格進行分析后，選取了球面六邊形網(wǎng)格作為網(wǎng)格系統(tǒng)并生成拓撲結(jié)構(gòu)保存下來。通過對原始體數(shù)據(jù)進行插值計算得到各六邊形單元的標量值，并根據(jù)原始體數(shù)據(jù)的層數(shù)構(gòu)造相應(yīng)層數(shù)的標量數(shù)據(jù)，最終構(gòu)成基于六邊形網(wǎng)格的體數(shù)據(jù)。
　　其次，根據(jù)相鄰3個六邊形單元中心構(gòu)成一個三角形的特點，由六邊形網(wǎng)格的拓撲結(jié)構(gòu)計算得到一系列三角形單元并將六邊形頂點的編碼作為三角形單

3、元的編碼。為了加速經(jīng)緯度到三角形單元的轉(zhuǎn)換過程，在預處理階段生成一張經(jīng)緯度到三角形單元的查找表以便減少光線投射階段的時間開銷，此外還分析了轉(zhuǎn)換時的所有可能情況，針對不同情況設(shè)計了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換方法。
　　再次，將體繪制的核心部分—光線投射運算在CUDA平臺上并行執(zhí)行，其他過程由CPU進行處理。基于這種架構(gòu)設(shè)計了基于CUDA和六邊形網(wǎng)格的體繪制方法，通過渲染到紋理技術(shù)快速得到光線與體數(shù)據(jù)的前后交點，并將重心插值法應(yīng)用于插值運算過程中。<