雷达阵地场景三维可视化系统的研究与实现

1 三维可视化技术概述三维可视化技术迅速发展，利用计算机技术和图形学技术实现天气三维化预测，实体绘制（volume rendering）、等值面体绘制（iso surface）和粒子系统仿真（particle systems）成为目前三种主要的三维可视化技术。

表1 三维可视化技术对比分析技术特点原理等值面体绘制技术主要应用于速度性能要求高、精度需求较低的气象三维显示。

分析体数据生成一个给定数值的等值面体，实际是生成一个三维分析轮廓。

实体绘制技术主要应用于计算性能高，尺度比较小的气象三维显示。

通过渲染技术生成一个实心的物体，构建三维图像。

粒子系统仿真主要应用于云体结构仿真根据物理模型进行仿真绘制，形成三维真实感的体，是目前公认生成模拟不规则物体典型方法之一。

1.1 等值面体绘制技术等值面体绘制通过步进立方法Marching Cubes（MC）三维可视化模型构建，MC算法被成为“等值面提取（isosurface Extraction）”，成为等值面计算构建的经典算法，通过该技术实现体素（规则体数据）内等值面抽取。

该方法自动提取雷法发射率因子体数据特性，获得强度提取值（三角网提取数据），基于此数据绘制云体形状轮廓三维模型。

1.2 实体绘制技术实体绘制技术和等值面体绘制技术不同，不需要构建中间几何图元，直接从图像中获得三维数据全貌，不局限于传统的等值面。

结合天气雷达探测数据的特点选择相匹配体素色彩，结合二维剖面绘制技术实现数据云体重建，最终构建云体整体三维结构。

1.3 粒子系统仿真粒子系统仿真技术能够构建具有真实感的云体，该技术主要应用于不规则物体的三维生成模拟，效果较好，目前在游戏动画场景三维构建中也有广泛应用。

云体等相关天气不规则要素的模拟仿真，通过物理模拟绘制能得到真实感云体构型。

2 三维可视化技术在天气雷达中的应用重要性根据实际应用中，三维可视化在天气雷达分析中具有以下的应用优势：（1）目前，天气雷达回波数据主要有RHI（距离高度显示器）和PPI（平面位置显示器）两种产品，降水、台风、雨雪等天气特征以二维形式（垂直方向和水平方向）显示，这种显示方式要求工作人员具有较高抽象思维将二维图像转换为三维空间结构，对工作人员要求极高。

VTK技术在雷达图像可视化中的研究与应用摘要:利用VTK对雷达图像数据进行三维可视化研究,其中研究了表面绘制和体绘制两种绘制技术:表面绘制用移动立方体法实现,体绘制用合成光线投影算法实现。

实验高效快捷地显示了雷达二维图像,实现了雷达回波数据的空间整体三维重建显示和x,y,z三维任意切面的雷达回波强度显示,并且可以任意方向切割、旋转、放大与平移三维图像。

VTK应用于雷达图像三维可视化更为直观和全面的展现了空间回波的分布状况。

关键词:VTK;可视化;体绘制;雷达图像;光线投影算法中图分类号:TP391.4文献标识码:B文章编号:1004-373X(2010)06-122-03Study and Application in Visualization of Radar Image Based on VTKHOU Huan,HAN Lei,LIN Zhongyu(College of Information Science & Engineering,Ocean University of China,Qingdao,266100,China)Abstract:To study the radar image data′s three dimensional visualization,there are two types of rendering techniques:surface rendering and volume rendering.Surfacerendering uses marching cubes algorithm,volume rendering uses composited ray-casting algorithm.It efficiently and easily displays the two-dimensional radar image,realizes three dimensional reconstruction of radar reflectivity,achieves arbitrary x,y,z three-dimensional cross-section of the radar echo intensity display,also it can arbitrary- orienting clip,rotate,zoom and translate the three dimensional image.Applying VTK in the three dimensional visualization of radar image comprehensively displays spatial distribution of the radar echo.Keywords:VTK;visualization;volume rendering;radar image;ray-casting algorithm冰雹等强对流天气是我国的主要灾害性天气之一,给人们的生产、生活带来极大的不便与危害。

如何利用激光雷达进行场景重建与模拟利用激光雷达进行场景重建与模拟的技术，在近年来得到了广泛应用和研究。

激光雷达是一种能够通过向目标发射激光束，并通过测量反射的激光信号来获得目标表面坐标信息的传感器。

它能够以高精度和高速度获取目标场景的三维点云数据，为后续的场景重建和模拟提供可靠的基础。

在本文中，我们将探讨如何利用激光雷达进行场景重建与模拟的关键技术与方法，以及它们的应用前景。

一、激光雷达的原理与工作方式激光雷达利用激光束与目标表面反射的光信号进行测量，从而获得目标表面的坐标信息。

其工作方式可以简单地分为三个步骤：发射激光束、接收激光信号和计算坐标。

首先，激光雷达发射器会发射一束短脉冲的激光光束，然后利用光电探测器接收光束反射回来的光信号。

最后，通过计算所测得的激光信号的时间差，结合激光传播速度，就可以计算出目标表面的坐标信息。

二、场景重建与模拟的关键技术在利用激光雷达进行场景重建与模拟的过程中，有几个关键的技术需要解决。

1. 激光雷达数据获取与处理激光雷达能够以很高的精度和频率获取目标场景的三维点云数据。

然而，这些数据通常较为庞大，需要进行处理和优化，以提高数据的利用效率。

常用的数据处理方法包括过滤、降噪、配准和重采样等，可有效提取重要的目标信息。

2. 场景重建与建模场景重建是利用激光雷达数据来还原目标场景的三维模型。

基于激光雷达数据，可以采用点云配准、体素化、网格化等方法来重建场景的三维模型。

此外，还可以借助计算机视觉和机器学习等技术，实现更精确的场景重建与建模。

3. 场景模拟与仿真场景模拟与仿真是基于重建的场景模型，通过模拟和运算的方式，还原真实的场景情况。

在这一过程中，可以利用虚拟现实技术，实现用户与虚拟场景的交互。

同时，还可以将该模型应用于虚拟环境的设计、自动驾驶系统的测试和训练等领域。

三、激光雷达场景重建与模拟的应用前景利用激光雷达进行场景重建与模拟的技术涵盖了很多领域，具有广阔的应用前景。

雷达阵地三维数字化系统的设计与实现——基于国产三维激光扫描仪的雷达阵地快速勘测应用李光伟;曹原;才长帅【摘要】雷达装备性能的发挥常常受制于雷达阵地周围地理环境,因而根据地理环境合理选择雷达阵地架设点是充分发挥雷达系统性能和有效遂行战斗任务的重要前提.雷达阵地三维数字化系统以基于国产三维激光扫描仪所获取的地形数据为基础,构建三维高程地形模型,可以有效地计算雷达架设点的遮蔽数据以及断面数据,从而为精确、快速地勘选雷达阵地提供重要的辅助作用.%The performance of aradar system is usually affected by its surrounding geographical environment. Radar position selection is therefore an essential prerequisite for fully exerting the effect of the radar and efficiently carrying out combat missions.Based on the terrain data obtained by domestic three-dimensional laser scanners,three-dimensional digital system for radar position selection can accurately provide the shadowing area and the cross-section of the terrain.Thus it can support to exactly and rapidly select the radar position.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2015(000)021【总页数】4页(P24-27)【关键词】雷达阵地勘选;三维激光扫描;点云数据【作者】李光伟;曹原;才长帅【作者单位】空军装备研究院雷达与电子对抗研究所,北京,100085;空军装备研究院雷达与电子对抗研究所,北京,100085;空军装备研究院雷达与电子对抗研究所,北京,100085【正文语种】中文【中图分类】E919三维激光扫描仪作为一种新型的非接触式海量高精度数据获取手段，在国内外已经得到了广泛的应用。

基于激光雷达的三维场景建模与可视化技术研究近年来，随着科技的不断进步和发展，数字化技术正在快速地渗透进入人类的各个领域中，为各行各业提供前所未有的便利。

在现代社会中，基于激光雷达的三维场景建模和可视化技术的应用正在日益广泛，它正在改变着人们的生产和生活方式。

一、基于激光雷达的三维场景建模技术基于激光雷达的三维场景建模技术是一种高精度的数字模型构建方法。

其基本原理是通过激光雷达器发射激光束，然后通过接收器采集反射回来的信息，从而计算出与目标物体之间的距离，并将这些信息以数字的形式记录下来。

之后，计算机通过对这些距离信息进行处理，就可以得到该地区的三维模型。

基于激光雷达的三维场景建模技术是一种高精度的数字模型构建方法。

它可以生成高精度的三维场景模型，并具有以下优点：1. 高精度：激光雷达可以实现对目标对象的毫米级别的测量精度。

2. 高效性：激光雷达可以在极短的时间内扫描大范围的场景，并利用多种扫描方式来获取不同类型的数据。

3. 自动化：基于激光雷达的三维场景建模技术可以实现自动化数据采集和模型构建，大大提高了生产和生活效率。

4. 可重复性：所采集到的数据可以保存下来，之后可以随时使用，以便对场景进行更深入的研究和改进。

5. 可视化：通过采用适当的软件工具，可以将所构建的三维场景模型用于可视化展示或进行各种分析。

二、基于激光雷达的三维场景可视化技术随着基于激光雷达技术的三维场景建模的不断发展，基于激光雷达的三维场景可视化技术也得以快速发展。

基于激光雷达的三维场景可视化技术主要是将场景中采集到的数据进行处理，使其以三维方法呈现出来。

通过采用适当的软件工具，可以将所构建的三维场景模型用于可视化展示和分析。

三、基于激光雷达的三维场景建模和可视化技术的应用基于激光雷达的三维场景建模和可视化技术在实际生产和生活中具有广泛的应用，其中包括：1. 城市规划：通过激光雷达3D扫描，可以获取城市区域内的垂直建筑物以及水平地面、街道和车道的几何信息和表面质量。

基于激光雷达的三维城市模型构建与可视化分析方法引言：随着城市发展和技术进步，城市规划与管理的需求也在不断增加。

而基于激光雷达的三维城市模型构建与可视化分析方法成为了满足这一需求的重要工具。

本文将探讨基于激光雷达的三维城市模型的构建方法以及通过可视化分析来提供城市管理决策的方法。

一、激光雷达技术概述激光雷达是一种通过激光束扫描地面或建筑物表面来获取其三维坐标和形状信息的测量技术。

其工作原理是利用激光发射器发出激光束，激光束在地面或建筑表面反射后再经过接收器接收，通过测量激光的返回时间和强度，可以确定目标的位置和形状。

二、激光雷达数据处理1. 数据获取与预处理激光雷达通过扫描地面或建筑物表面获取大量的点云数据，但是这些数据需要进行预处理才能用于模型构建。

预处理包括数据滤波、去噪、点云配准等步骤，以提高数据的质量和准确性。

2. 三维模型构建三维模型构建是基于激光雷达数据的核心任务。

有多种方法可以实现三维模型的构建，包括基于栅格的方法、基于特征的方法以及基于网格的方法等。

这些方法通过将点云数据转换为三维模型，并提取出建筑物、道路、植被等不同的城市要素。

三、可视化分析方法基于激光雷达的三维城市模型构建完成后，可视化分析可以提供更直观的城市信息展示和决策支持。

下面介绍两种常用的可视化分析方法。

1. 空间叠加分析空间叠加分析是将不同的城市要素以图层的方式叠加在三维模型上，通过颜色、透明度等可视化效果来展示不同要素之间的关系。

比如，可以将道路、建筑物和植被等要素以不同颜色显示，用于规划道路改造和绿化工程等决策。

2. 模拟与预测分析基于激光雷达的三维城市模型可以用于模拟和预测城市的发展变化。

通过模拟城市建筑物的增长和人口的变化，可以预测未来的城市规模和密度，为城市规划提供科学依据。

同时，可以模拟自然灾害（如洪水、地震）对城市的影响，为灾害防备和应急救援提供支持。

结论：基于激光雷达的三维城市模型构建与可视化分析方法正逐渐成为城市规划与管理的重要工具。

-14-科学技术创新2019.07三维可视化技术在天气雷达中的应用研究彭勃（江西省吉安县气象局，江西吉安343100）摘要：天气雷达是探测云、降水、风暴等天气要素的重要工具,但目前雷达探测数据大都还处在常规的二维图像分析。

随着三维可视化技术及计算机图像技术的不断提升，三维可视化促使天气雷达分析的准确性得到了提高。

基于此，主要详细阐述了三维可视化技术在天气雷达中的应用重要性及其应用方式，以及分析了三维可视化技术在天气雷达中的未来发展趋势。

关键词：三维可视化；气象雷达；应用中图分类号:P208.P412.25文献标识码:A天气雷达是气象领域探测天气的主要工具，监测大气中的云、雨、雪等降水系统及其强度、分布、发展和演变，分析龙卷、闪电、冰雹等强对流天气的未来发展趋势。

在实际天气雷达分析过程中，雷达回波数据需要在人脑中构建三维空间结构，这增加了天气分析和预测的难度。

在三维可视化技术发展下，将其应用于天气雷达的分析过程中，天气要素的总体空间结构立体直观,便于分析判读，提高天气预测的准确性。

因此本文主要对三维可视化技术在气象雷达中的应用进行了相关研究。

1三维可视化技术在天气雷达中的应用重要性根据实际应用中，三维可视化在天气雷达分析中具有以下的应用优势:a.—般情况下,天气雷达的回波数据是以PPI（平面位置显示器）和距离高度显示器（RHI）产品为主,主要以二维形式反映降水、风暴等在水平方向和垂直方向上的分布特征，气文章编号：2096-4390（2019）07-0014-02象人员需要较强的抽象思维，在大脑中构建天气要素的三维空间结构，利用三维可视化技术能够重构完整直观的天气三维结构，降低天气雷达回波的判读分析难度。

b.三维可视化技术将天气雷达数据模拟在地理空间中，具有更加丰富的地理分布特征，能够快速分析强天气的影响范围和未来趋势。

c.三维可视化技术提供了重要的人机交互的展现形式，能够从多视角、多尺度上对气象信息进行判读分析，降低了立体空间的复杂程度，最大限度地利用了天气雷达所探测的回波数据。

简论地理信息三维可视化系统的实现作者：连强强顾敏来源：《环球人文地理·评论版》2017年第04期（1.青海省第二测绘院，青海西宁 810001；2.青海省第一测绘院，青海西宁 810001）摘要：三维地理信息系统是在传统的二维地理信息系统的GIS分析功能基础上，结合了虚拟景观的三维场景浏览功能。

在对三维地理信息系统和其数据进行总结，并在其基础上深入探讨三维地理信息系统在现在生活中的实现。

关键字：三维；可视化；地理地理信息系统有时又被称为地学信息系统。

它是一个非常重要的空间信息系统。

多年来，计算机科学与技术，遥控技术，摄像头测量技术等一系列科学技术的飞速发展，这些变化将在最短的时间赶上更快的速度空间信息，三维景观的重组。

视觉三维地理信息系统中特别值得一提的是，它为进一步研究应用提供了新的方法和视角，人们可以更好地了解周围的环境。

在相关的环境虚化体系里面，地理信息三维可视化体系也属于一种起着关键性作用。

一、三维GIS系统的发展可视化三维GIS系统在现代有着长足的发展，基本解决了海量数据漫游问题，渲染等可视化的具体问题，但是还有诸多问题有待解决，例如三维数据模型、三维数据分析、三维数据管理等方面。

现在，我们周围的客观环境通过三维GIS系统进行虚拟化的再现，而三维数据作为三维系统的基础。

现阶段该系统已经有了很好的升级，对大量数据漫游及贴面修复等信息可以很好的处理。

但是在三维数据研究等内容中信息还有待提升，此时，只能基于二维GIS完成一些额外的工作实现填补，以帮助建立景观的三维模型，它充其量只是三维GIS的模型。

地理信息系統的三维可视化可以用来存储，处理和查看周围环境，是一项新的技术。

因技术水平还未成熟，使我们只应用了GIS的一部分，如果想完全应用GIS三维，我们必须解决好以下几个问题：大数据量；各种高难度的空间关系，保存和处理数据，预览，搜索等信息。

利用三维模型技术构建可视化的信息管理系统是非常必要的。