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1、天气雷达产品锥面显示程序设计摘 要天气雷达产品对天气预报有着重要的指示作用,为了提高预报的准确性和形象性,对目前的雷达终端产品有一定的改进,本文介绍了气象雷达终端锥面图形软件的绘制原理及软件实现方法,应用DirectX工具建立考虑地球曲率的锥面模型,结合Visual S 2003编程工具,生成对应各个Cut的图像,将生成的图像作为对应的纹理图片,将模型与图像通过纹理贴图的方法结合在一起,再经过灯光,材质,纹理,视角转换等进行纹理效果处理,让生成的产品更加逼真,易于使用者操作,最终构成气象雷达终端锥面图形的应用软件,并提供软件生成产品的图像实例,在软件的终端还加入了用户控制部分,可以对任意位置的
2、回波信息进行观察,同时在终端提供了参考面和雷达站点的简要信息,让软件的使用者一目了然。关键词：雷达体扫数据 实体建模 DirectX Visual S 2003 纹理贴图The Designing of display program of Weather Radar productsAbstractThe weather radar products has performed an very important part in the weather forecast.In order to enhance the forecast accuracy and the iconicity,
3、the present radar terminal products had been improved. This article introduces the weather radar terminal three dimensional graph software plan principle and the software realization method, by using the DirectX tool establishment considered the curvature of the earth the conical surface model, unif
4、ied the Visual S 2003 to program the tool. The production corresponds each Cut the image, and produce the image took corresponding the texture, the model and the image unified in together, the process light, the material quality, the texture, the angle of view transformation and so on carried on pro
5、cessing, let the production the product be more lifelike, the easy user to operate, finally constituted the weather radar terminal three dimensional graph application software, and provides the software production product the image example.Key words:Radar volume scan data Entity modelingDirectXVisua
6、lS2003Texture map目录论文总页数：361引言11.1概述11.2天气雷达背景知识介绍11.3天气雷达产品介绍21.4研究意义31.5开发环境介绍及研究思路32建立模型52.1 DirectX基础知识52.2 Windows基本编程原理和方法62.3模型的构成思路和设计原理92.3.1雷达基数据产品剖析92.3.2程序概要设计流程102.3.3两种模型的对比122.4地球曲率对模型的影响162.5模型的效果处理3182.5.1灯光效果182.5.2材质效果192.5.3 3D转换效果192.5.4模型控制203反射率产品图像生成223.1反射率数据提取223.2反射率图像生成22
7、3.3加载色表文件234模型与图像结合纹理贴图254.1贴图原则254.2纹理贴图效果处理254.2.1纹理坐标254.2.2 纹理提交模式264.2.3 纹理过滤方式274.2.4纹理混合274.2.5纹理透明284.2.6纹理动画及多级纹理284.3产品生成294.4外界控制315程序设计中需要注意的几个问题325.1关于模型建立的问题325.2关于色表读取的问题325.3关于纹理贴图的问题33结论33参考文献33致35声明36 / 天气雷达产品锥面显示程序设计1引言1.1概述天气对人类的生产生活都起着非常重要的作用,天气预报则是人类研究天气,掌握天气,以便更好应用天气的主要手段,因此,天
8、气雷达在天气预报中扮演一个非常重要的角色。新一代多普勒天气雷达对气象预报者及时,准确的预报天气,将气象给人类带来的灾害尽可能将降到最低。新一代多普勒天气雷达的体扫数据提供了强度,速度,谱宽三个基本信息。经过后端软件处的理,可以演变成多个适用的软件二次产品,给使用者带来方便。目前,我国大多数气象产品是以二维形式来表示三维结构,最具有代表的是PPIPlan Indicator、RHI 、CAPPI,这些方法之局限于二维表示方法。本文所采用的方法是通过DirectX工具进行锥面实体建立模型,通过Visual Studio .net 2003工具读取体扫数据,生成对应模型的天气图片,将二者结合,通过D
9、irectX纹理贴图方法处理,得到实际应用的雷达立体锥面显示软件。1.2天气雷达背景知识介绍气象目标的雷达方程1：1-2-1其中雷达天线所接收的回波信号功率；光速； 雷达发射机输出的脉冲功率； 发射脉冲宽度； 天线增益； 天线水平波束宽度； 天线垂直波束宽度； 雷达发射信号波长； 气象目标的复折射指数,对于水滴,当温度为时,0.93；雷达反射率因子,在瑞利反射区,；其中为第i个降水粒子的直径；R 目标距离。对于本课题主要研究是 雷达反射率因子；将其进行的立体锥面显示,让雷达产品形象,直观地展现。通过上面的雷达方程,常规天气雷达的探测原理是利用云雨目标物对雷达所发射电磁波的散射回波来发现气象目标
10、,并测定其空间位置、强弱分布、垂直结构等；新一代多普勒天气雷达除了能起到常规天气雷达的这种作用外,它的重大改进是可以利用物理学上的多普勒效应来测定降水粒子的径向运动速度,并通过这种速度信息来推断降水云体的风速分布、风场结构特征、垂直气流速度等。具有强探测能力和高探测精度,新一代天气雷达采用高低两种脉冲重复频率,就C波段来说,对台风,暴雨等大围的强降水天气的监测距离为460Km,对雹云、龙卷涡度等小尺度强天气系统的有效监测和识别距离为230Km,超过230Km,将没有速度数据,风暴识别、跟踪和预报未来位置可达345Km,在345-460Km之间虽没有算法应用,但仍有反射率因子产品；先进的实时标校
11、系统,新一代雷达的雷达参数在建站时都经过仔细的标准和标定,在日常的运行中,实时的或每经过一次体扫之后,对影响雷达定量的参数进行一次自动校准和检测,以确保雷达对回波强度的准确测量；同时还具有强大的地物杂波抑制能力；先进的产品算法和智能型的探测分析系统。1.3天气雷达产品介绍应用多普勒雷达探测到的回波强度、径向速度和速度谱宽基本数据,经过加工处理,坐标转换和计算生成某些与气象有关的物理量后而产生的数据或图像称为产品。严格来说,雷达产品约28个,只是因为不同的分辨率和不同的数据色标等级,同一个产品又可以分为多个。因此,共有约80个雷达产品的编号是不连续的！根据雷达产品的分类方式不同,可将雷达产品分为
12、基本产品和导出产品,或基本数据产品、物理量产品、信息产品或者锥面产品仰角和体积产品2。以前常用的二维雷达产品有平面位置显示PPI,即雷达天线以固定仰角,全方位扫描的探测方式获取的数据,以极坐标的形式,用不同的彩色色标表示数据值的大小或方向。距离高度显示RHI,即雷达天线以固定方式以固定方位作俯仰扫描,这种探测方式获取的数据用不同色标表示数据的大小和方向,以极坐标显示出来的图像产品。如今运用的天气雷达产品是多种多样的,不同的台站可以根据不同的地理对产品不同需求。根据实际需求,对雷达体扫数据的强度,速度,谱宽基本信息运用不同算法,得到精简实用产品。在此,本文主要是对基本的反射率数据进行锥面显示,通
13、过该产品可以直观清楚地了解地形,云块,风场等对气象的影响,能够逼真的反应外部真实世界,增加用户操作选择功能,对不同仰角的回波数据进行立体锥面显示,用户通过键盘控制能够对不同位置信息进行全面、细致研究,将雷达扫描方式的回波信息形象展现给用户,相对于传统的二维产品具有可视化程度高、立体动态感强的特点。1.4研究意义现代天气雷达产品在天气预报中有着十分重要的参考意义,通过本课题能够直观,形象,生动地展示雷达产品,让预报者短时间判断天气；从而迅速,果断,准确的做出决策。立体锥面气象产品可以直观,清楚地了解地形,云块等对气象的影响,能高度逼真的反映外部真实世界,对气象预报工作者的预报提供了参考依据,让预
14、告工作者能够及时为社会公众提供最新的天气信息。同时,通过本文的研究,将三维概念在气象领域中的应用提供给所有关心气象事业发展的人员,将锥面模型的概念应用到天气预报系统中,让真实的世界反映到天气预报系统之中,让以后的预报更加形象、真实；给以后的其他相关气象产品的开发人员提供新的思路。1.5开发环境介绍及研究思路Visual S 2003开发环境集成了Visual Basic.NET、C#、Visual C+、ASP.NET 以及VisualFoxPro开发工具,Visual Studio.NET都可以提供近乎完美的解决方案,Visual Studio.NET提供了包括设计、编码、编译调试、数据库联
15、接操作等基本功能和基于开放架构的服务器组件开发平台、企业开发工具和应用程序重新发布工具以及性能评测报告等高级功能。本程序主要使用Visual C+工具,因为它具有面向对象、可视化开发；众多的开发商支持以及业已成为工业标准的MFC类库；Visual C+封装了Windows的API应用程序接口函数、USER、KERNEL、GDI函数,帮助我们弄清了许多函数的组织方法,隐去了创建、维护窗口的许多复杂的例行工作,简化了编程。在本程序中,重点是应用DirectX进行立体锥面建立模型,DirectX环境中能够建立任何想象的图像,而最基本的都是由点构成线,而由线构成面,再由面构成体,建立实用的几何体锥面结构。由于Visual S 2003能够很好地应用DirectX所建立的几何体模型,二者具有很好的兼容性和移植性。综上所列,本研究选择Visual S 2003中的Visual
