基于GPU的海洋水体环境多维可视化技术研究

曹柱

中国海洋大学

摘要：

随着三维可视化技术在海洋水体环境仿真和海洋要素信息可视化表达方面研究的不断深入，海洋科学在应用领域对海洋数据可视化结果的真实感，可视化过程中的实时交互性要求越来越高。本文基于OSG(Open Scene Graph)三维渲染引擎和GPU(Graphic Processing Unit)技术，对海洋数据的多维可视化关键技术进行了研究和应用，其成果包括以下几个方面:　　1.本文应用三维渲染引擎的场景构建、渲染机制、访问器机制、回调机制及事件处理机制实现场景的三维渲染;通过图形界面开发库(MFC)开发浮动窗口、菜单栏、状态栏等交互界面，控制渲染信息的表达与反馈，实现OSG和MFC相结合的三维开发架构，取得了良好的人机交互的效果。　　2.本文基于NetCDF数据模型对多维海洋水体要素数据实现高效快捷地地解读、存取及管理，快速对点、线、面、体数据进行获取和预处理，实现海洋水体要素数据的动态表达与分析。　　3.本文在探讨0SG渲染机制的基础上，采用着色语言GLSL来提高场景渲染效率和绘制质量，并在海洋要素数据的三维可视化中，实现了点数据分析、要素场填色图绘制和等值线追踪。　　4.本文基于经典的GPGPU技术在MarchingCubeS(MC)算法的基础上实现空间等值面的绘制，在光线追踪(Ray Casting)算法的基础上实现海洋体数据的直接体绘制。并在数据采样、纹理映射、透明度及颜色的合成等方面进行算法的优化。　　5.本文基于CUDA在并行计算中可以根据渲染算法的需要有效的控制线程活动的特性，把需要在CPU完成的数据计算放在GPU上完成。　　6.本文设计开发了海洋水体环境多维动态可视化软件，系统集成MFC和OSG框架体系，结合NetCDF数据模型和研究的关键技术，实现海洋数据的二维、三维立体展示。

关键词：多维可视化技术;海洋数据;图形处理器;实时交互性

授予单位：中国海洋大学

授予学位：硕士

学科专业：信号与信息处理

导师姓名：王国宇;苏天赟

学位年度：2015

语种：中文

分类号：P714;TP391.41

页数：68

在线出版日期：2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）