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    視景仿真技術在天氣預報中的應用

    2006-04-23 陳國棟供搞

     

      要:天氣預報節目是服務行業最廣,人數最多的節目之一。但目前的天氣預報節目形式單一,數據圖表、詞匯枯燥呆板,專業術語過多。把視景仿真技術應用于天氣預報的節目制作中,把枯燥的數據轉化成逼真的場景,使天氣預報節目更貼近人民生活,更好地服務于大眾。

    關鍵詞:視景仿真;虛擬現實;天氣預報;可視化

    文章編號:             中圖分類號TP391.9  文獻標識碼A

    Application of Scene Simulation in the weather forecast

    CHEN Guo-Dongn

    (College of Physics and Information Engineering , Fuzhou University ,Fuzhou 350002 China,[email protected])

    Abstract: Weather forecast is one of the most popular program. But the program is as dry as a chip because the format of it is simplex and there is a lot of chart and professional term. In this paper, we use scene simulation to realize the visualization of the weather and weather conditions. With the technology of scene simulation, the weather forecast will serve the people better.

    Key words : scene simulation; virtual reality ; weather forecast; visualization


    引言

    天氣預報欄目是氣象部門向社會公眾和各行業提供氣象服務的主要窗口。它雖然每天只播放幾分鐘,但它的固有因素相對與其它欄目要多,在這樣短的時間內表達大量的信息,且與觀眾的生活息息相關。

    目前天氣預報節目存在一些不足,從電視廣播的角度來看,服務類節目應當遵循“尊重人民的知情權,滿足人民群眾不斷增長的信息和文化需求”這一原則。但在目前天氣預報節目中,首先節目稿件中專業術語過多,這些專業術語使觀眾對氣象節目不容易接受。其次節目形式單一,要把枯燥呆板的數據圖表、詞匯點化成會聲會色的故事時間困難的事情。

    本文在充分研究天氣預報的制作過程及其特點的基礎上,探討運用視景仿真技術把氣象數據可視化,提供給觀眾的不僅是單調的數據或者模糊的詞語,而是形象逼真的場景,使天氣預報節目不僅是“需要看”,而且是“很好看”的節目,提高老百姓對天氣預報的滿意度。

    1 關鍵技術

    1.1 視景仿真

       視景仿真是虛擬現實技術的最重要的表現形式,它綜合了計算機、圖形處理與生成、網絡通信等諸多高技術發展起來的,使用戶產生身臨其境感覺的交互

    式仿真環境,實現了用戶與該環境直接進行自然交互。視景仿真采用計算機圖形圖像技術,根據仿真目的,構造仿真對象的三維模型再現真實的環境,達到非常逼真的仿真效果。它包括仿真環境制作和仿真驅

    動兩個部分。仿真環境制作包括:模型設計、場景構造、紋理設計制作等,它要求構造出逼真的三維模型和制作逼真的紋理和特效;仿真驅動包括:場景驅動、模型調動處理、分布交互、大地形處理等,他要求逼真地再現仿真環境,實時響應交互操作等。

    1.2天氣預報

    天氣預報節目是一種特殊的傳播活動,它有著自身客觀、不以人意志為轉移的傳播內容和科學的客觀規則。它有如下幾個制作步驟:首先要收集各地氣象站提供的如氣溫、氣壓、濕度、風等各種氣象資料。這些資料被電傳到國家氣象中心,作為天氣預報員制作預報的“原材料”。其次,繪制天氣圖。氣象中心的超級計算機快速處理這些數量龐大的氣象數據,繪制成實況天氣圖,上面用專門的數字和符號反映同一時間各地的天氣情況。第三是分析天氣圖。要作出天氣形式的預報,如未來的是有風,然后在此基礎上再進行具體的預報,如風向和風力等。第四利用計算機進行數值預報。超級計算機按照一定的數學模型,嚴格、定量地計算出未來的天氣狀況。最后進行天氣會商,在這個過程中,專家綜合其他各種預報方法和預報經驗,確定未來的天氣狀況和各種氣象要素。

    2 系統的實現

    本系統的主要目的是把天氣預報得出的天氣狀況和各種氣象要素可視化,使之成為大眾容易接受的信息。在實現上面,先建立仿真環境,再用天氣預報的結果數據驅動仿真場景。系統的組成框圖如圖1所示。

    2.1場景建模

         為了給觀眾創建一個能使他們感受到身臨其境和沉浸其中的環境,必要條件之一就是根據需要能逼真地顯示出可觀世界的一切對象。例如,能顯示出山川河谷、花草樹木、車船橋梁、廣廈樓宇等對象的三維圖像。

              首先是選擇仿真的地理范圍。地理范圍的選擇要根據預報區域大小來選擇,如果預報區域比較大,可以選擇區域中比較有代表性的地理環境進行仿真,如果預報區域比較小,可以對整個區域進行仿真建模。

    其次是選擇強有力的三維建模軟件。這里選擇實時三維建模軟件MultiGen Creator進行仿真建模。其性能優越,系統可靠,穩定性好。它主要考慮如何生成逼真的大面積地形、地貌等地理環境模型,以及如何提高建模的實時性。它體現了三維實時的精髓:具有超大規模的地形數據庫,復雜的拓撲結構,模型可以被分布式驅動,模型的實時渲染余興采用多種圖像格式,允許從多個三維視點觀看模型,可以經濟高效地提取所有精確的數據等。

    2.2 仿真驅動

    仿真驅動利用天氣預報的氣象要素作為參數驅動三維場景。

    首先選用IRIS Performer作為開發工具。它是SGI公司(Silicon Graphics Ins.)開發的一個可擴展的高性能實時三維視景開發軟件包,主要應用于仿真可視化、娛樂、虛擬現實、視頻廣播以及計算機輔助設計等領域。

    IRIS Performer將所要渲染的對象用樹形結構組織,與MultiGen Creator中的數據結構吻合。視景中最基本的元素是接點,Performer提供了許多節點類型的同時,使用了類繼承的概念。一個場景圖包含定義一個虛擬世界的數據,場景圖中的數據被封裝為不同種類的節點。IRIS Performer中的節點類型包括pfGroup,pfScene,pfDCS,pfSwitch,pfSequence,pfLOD,pfGeode,pfBillBoard,pfLightSource等。它們都是pfNode的子類。PfNode是一個基本的節點類,所有的節點都繼承它的屬性。同時pfNode又是一個抽象類,它的目的是為節點類型的層次結構提供一個根,并定義所有節點共有的屬性和操作。

    其次是氣象要素可視化。氣象要素包括氣溫、降水、風、日照等,這些要素均能在三維仿真環境體現出來。

    (1)氣溫 即大氣的溫度,表示大氣冷熱程度的量。在仿真環境中,雖然不能夠直接對氣溫進行表示,  但是可以通過間接的方式進行描述。例如氣溫可以用環境中人物的服飾的來體現。

    (2)降水  指從云中降落的液態水和固態水,如雨、雪、冰雹等。該要素在三維仿真環境中可以直接用粒子系統進行描述。粒子系統是迄今為止被認為模擬不規則模糊物體最為成功的一種圖形生成算法,它采用一種統一的模式來生成諸如云、煙、火等具有變化形狀的自然景物。在粒子系統中,景物被定義為成千上萬個不規則的、隨機分布的粒子所組成,而每個粒子都被賦予一定的生命周期,該造型方式使得使用它來模擬雨、雪、冰雹等氣象要素成為可能。

    (3)風  空氣相對于地面的運動。氣象上常指空氣的水平運動,并用風向、風速來表示。風向和風速在三維場景中只能用間接的方式來體現。比如風向和風速可以用場景中樹木、旗幟等對象的運動狀態來描述。

    (4)日照 表示太陽照射時間的量。在三維場景中,日照通過燈光的設置直接進行描述。在Performer中,有光源節點來實現光照效果,光源節點的主要任務是表示視景圖像中的一個圖形庫光源。對視景圖像施加的變換會改變光源的位置和方向。將全局光源模型與對象的材料屬性相結合,幾何流水線在幾何圖形的頂點處計算光照。

    3 結論

    本文把視景仿真技術應用于天氣預報中,對氣象數據進行可視化,把傳統的通過聽覺獲取氣象信息轉化為通過視覺獲取,“百聞不如一見”就是一個非常形象的說法。老百姓通過觀看氣象節目,對未來的天氣情況有著直觀形象的感覺,而不僅僅停留在“情到多云”、“氣溫15~到23攝氏度”等一些文字或者數字描述上面。使氣象節目的理念從“傳播知識”的形態向“服務大眾”的形態進行過渡。

    參考文獻

    [1] 吳家鑄,黨崗等.視景仿真技術與應用.西安:西安電子科技大學出版社.2001.

    [2] 孫繼榮,卓賢林等.用MultiGen 建模與Performer類庫實現實時窗外視景.中國民航學院學報.2002,(12):45-48.

    [3] 洪萍,姚立峰.電視天氣預報中的服務意識.浙江氣象.25卷2期;40-43.

    [4] 王仁喬,王麗等.新一代天氣預報業務系統及其技術的發展趨勢.湖北氣象.2001(2):4-7.

    [5] 李從信,吳秀芹等.視景仿真技術在油田井下作業中的應用研究.系統仿真學報.2005(2):495-506.

    [6] 岳艷霞,宋菁.淺談電視天氣預報節目創新.山東氣象.2003(9):39-40.

    [7] 胡濤,李闊.視景仿真技術應用研究.光電技術應用. 2004(6):36-44.

    作者簡介:陳國棟(1979~),男,福建省泉州人,博士研究生,主要研究方向:虛擬現實;




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