【正文】 ......................................................27 紋理透明 ..............................................................................................................................................28 紋理動畫及多級紋理 ..........................................................................................................................28 產(chǎn)品生成 .....................................................................................................................................................29 外界控制 .....................................................................................................................................................315 程序設(shè)計中需要注意的幾個問題 ....................................................................................................................32 關(guān)于模型建立的問題 .................................................................................................................................32 關(guān)于色表讀取的問題 .................................................................................................................................32 關(guān)于紋理貼圖的問題 .................................................................................................................................33結(jié)論 .......................................................................................................................................................................33參考文獻 ...............................................................................................................................................................33致謝 .......................................................................................................................................................................35聲明 .......................................................................................................................................................................36天氣雷達產(chǎn)品錐面顯示程序設(shè)計1 引言 概述天氣對人類的生產(chǎn)生活都起著非常重要的作用，天氣預(yù)報則是人類研究天氣，掌握天氣，以便更好應(yīng)用天氣的主要手段，因此，天氣雷達在天氣預(yù)報中扮演一個非常重要的角色。新一代多普勒天氣雷達對氣象預(yù)報者及時，準確的預(yù)報天氣，將氣象給人類帶來的災(zāi)害盡可能將降到最低。新一代多普勒天氣雷達的體掃數(shù)據(jù)提供了強度，速度，譜寬三個基本信息。經(jīng)過后端軟件處的理，可以演變成多個適用的軟件二次產(chǎn)品，給使用者帶來方便。目前，我國大多數(shù)氣象產(chǎn)品是以二維形式來表示三維結(jié)構(gòu)，最具有代表的是 PPI（Plan Indicator） 、RHI(Range Height Indicator) 、CAPPI(Constant Altitude Plan Position Indicator),這些方法之局限于二維表示方法。本文所采用的方法是通過 DirectX 工具進行錐面實體建立模型，通過 Visual Studio . 2022 工具讀取體掃數(shù)據(jù)，生成對應(yīng)模型的天氣圖片，將二者結(jié)合，通過 DirectX 紋理貼圖方法處理，得到實際應(yīng)用的雷達立體錐面顯示軟件。 天氣雷達背景知識介紹氣象目標的雷達方程 [1]： （121）??????????????? 2223 |1|ln1024RmGCZPetr ?????其中 ——雷達天線所接收的回波信號功率；r ——光速；—— 雷達發(fā)射機輸出的脈沖功率；t —— 發(fā)射脈沖寬度；? —— 天線增益；G —— 天線水平波束寬度；? —— 天線垂直波束寬度；? —— 雷達發(fā)射信號波長；? —— 氣象目標的復(fù)折射指數(shù)，對于水滴，當(dāng)溫度為 時， ＝；m C0。 2|1m|?? ——雷達反射率因子，在瑞利反射區(qū)， ；其中 為第 i 個降ze ??單 位 體 積 6Dzie i水粒子的直徑；R —— 目標距離。對于本課題主要研究是 —— 雷達反射率因子；將e其進行的立體錐面顯示，讓雷達產(chǎn)品形象，直觀地展現(xiàn)。通過上面的雷達方程，常規(guī)天氣雷達的探測原理是利用云雨目標物對雷達所發(fā)射電磁波的散射回波來發(fā)現(xiàn)氣象目標，并測定其空間位置、強弱分布、垂直結(jié)構(gòu)等；新一代多普勒天氣雷達除了能起到常規(guī)天氣雷達的這種作用外，它的重大改進是可以利用物理學(xué)上的多普勒效應(yīng)來測定降水粒子的徑向運動速度，并通過這種速度信息來推斷降水云體的風(fēng)速分布、風(fēng)場結(jié)構(gòu)特征、垂直氣流速度等。具有強探測能力和高探測精度，新一代天氣雷達采用高低兩種脈沖重復(fù)頻率，就 C 波段來說，對臺風(fēng)，暴雨等大范圍的強降水天氣的監(jiān)測距離為 460Km，對雹云、龍卷渦度等小尺度強天氣系統(tǒng)的有效監(jiān)測和識別距離為 230Km，超過 230Km,將沒有速度數(shù)據(jù)，風(fēng)暴識別、跟蹤和預(yù)報未來位置可達 345Km，在 345460Km之間雖沒有算法應(yīng)用，但仍有反射率因子產(chǎn)品；先進的實時標校系統(tǒng)，新一代雷達的雷達參數(shù)在建站時都經(jīng)過仔細的標準和標定，在日常的運行中，實時的或每經(jīng)過一次體掃之后，對影響雷達定量的參數(shù)進行一次自動校準和檢測，以確保雷達對回波強度的準確測量；同時還具有強大的地物雜波抑制能力；先進的產(chǎn)品算法和智能型的探測分析系統(tǒng)。 天氣雷達產(chǎn)品介紹應(yīng)用多普勒雷達探測到的回波強度、徑向速度和速度譜寬基本數(shù)據(jù)，經(jīng)過加工處理，坐標轉(zhuǎn)換和計算生成某些與氣象有關(guān)的物理量后而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)或圖像稱為產(chǎn)品。嚴格來說，雷達產(chǎn)品約 28 個，只是因為不同的分辨率和不同的數(shù)據(jù)色標等級，同一個產(chǎn)品又可以分為多個。因此，共有約 80 個雷達產(chǎn)品的編號是不連續(xù)的！根據(jù)雷達產(chǎn)品的分類方式不同，可將雷達產(chǎn)品分為基本產(chǎn)品和導(dǎo)出產(chǎn)品，或基本數(shù)據(jù)產(chǎn)品、物理量產(chǎn)品、信息產(chǎn)品或者錐面產(chǎn)品（仰角）和體積產(chǎn)品 [2]。以前常用的二維雷達產(chǎn)品有平面位置顯示（PPI） ，即雷達天線以固定仰角，全方位掃描的探測方式獲取的數(shù)據(jù)，以極坐標的形式，用不同的彩色色標表示數(shù)據(jù)值的大小或方向。距離高度顯示（RHI） ，即雷達天線以固定方式以固定方位作俯仰掃描，這種探測方式獲取的數(shù)據(jù)用不同色標表示數(shù)據(jù)的大小和方向，以極坐標顯示出來的圖像產(chǎn)品。如今運用的天氣雷達產(chǎn)品是多種多樣的，不同的臺站可以根據(jù)不同的地理對產(chǎn)品不同需求。根據(jù)實際需求，對雷達體掃數(shù)據(jù)的強度，速度，譜寬基本信息運用不同算法，得到精簡實用產(chǎn)品。在此，本文主要是對基本的反射率數(shù)據(jù)進行錐面顯示，通過該產(chǎn)品可以直觀清楚地了解地形，云塊，風(fēng)場等對氣象的影響，能夠逼真的反應(yīng)外部真實世界，增加用戶操作選擇功能，對不同仰角的回波數(shù)據(jù)進行立體錐面顯示，用戶通過鍵盤控制能夠?qū)Σ煌恢眯畔⑦M行全面、細致研究，將雷達掃描方式的回波信息形象展現(xiàn)給用戶，相對于傳統(tǒng)的二維產(chǎn)品具有可視化程度高、立體動態(tài)感強的特點。 研究意義現(xiàn)代天氣雷達產(chǎn)品在天氣預(yù)報中有著十分重要的參考意義，通過本課題能夠直觀，形象，生動地展示雷達產(chǎn)品，讓預(yù)報者短時間判斷天氣；從而迅速，果斷，準確的做出決策。立體錐面氣象產(chǎn)品可以直觀，清楚地了解地形，云塊等對氣象的影響，能高度逼真的反映外部真實世界，對氣象預(yù)報工作者的預(yù)報提供了參考依據(jù)，讓預(yù)告工作者能夠及時為社會公眾提供最新的天氣信息。同時，通過本文的研究，將三維概念在氣象領(lǐng)域中的應(yīng)用提供給所有關(guān)心氣象事業(yè)發(fā)展的人員，將錐面模型的概念應(yīng)用到天氣預(yù)報系統(tǒng)中，讓真實的世界反映到天氣預(yù)報系統(tǒng)之中，讓以后的預(yù)報更加形象、真實；給以后的其他相關(guān)氣象產(chǎn)品的開發(fā)人員提供新的思路。 開發(fā)環(huán)境介紹及研究思路Visual 2022 開發(fā)環(huán)境集成了 Visual 、C 、Visual C++、 以及 Visual FoxPro 開發(fā)工具，Visual 都可以提供近乎完美的解決方案，Visual 提供了包括設(shè)計、編碼、編譯調(diào)試、數(shù)據(jù)庫聯(lián)接操作等基本功能和基于開放架構(gòu)的服務(wù)器組件開發(fā)平臺、企業(yè)開發(fā)工具和應(yīng)用程序重新發(fā)布工具以及性能評測報告等高級功能。本程序主要使用 Visual C++工具，因為它具有面向?qū)ο?、可視化開發(fā)；眾多的開發(fā)商支持以及業(yè)已成為工業(yè)標準的 MFC 類庫；Visual C++封裝了Windows 的 API（應(yīng)用程序接口）函數(shù)、USER、KERNEL、GDI 函數(shù)，幫助我們弄清了許多函數(shù)的組織方法，隱去了創(chuàng)建、維護窗口的許多復(fù)雜的例行工作，簡化了編程。在本程序中，重點是應(yīng)用 DirectX 進行立體錐面建立模型，DirectX 環(huán)境中能夠建立任何想象的圖像，而最基本的都是由點構(gòu)成線，而由線構(gòu)成面，再由面構(gòu)成體，建立實用的幾何體錐面結(jié)構(gòu)。由于 Visual 2022 能夠很好地應(yīng)用 DirectX 所建立的幾何體模型，二者具有很好的兼容性和移植性。綜上所列，本研究選擇 Visual 2022 中的 Visual C++能夠?qū)崿F(xiàn)本文的要求。微軟推出的 DirectX 開發(fā)工具，其 Direct 就是“直接”的意思，X 是代數(shù)中常用于表示未知數(shù)的字符，在這里可以理解成表示所有的一切。在游戲中對所有的一切硬件直接操作，這就是 DirectX 的意思。微軟的 DirectX 軟件開發(fā)工具包（SDK）提供了一套應(yīng)用程序編程接口（APIs ） ，這個編程接口可以開發(fā)高質(zhì)量、實時的應(yīng)用程序，當(dāng)然最主要的就是游戲所需要的各種資源。DirectX 技術(shù)為軟件開發(fā)者提供硬件無關(guān)性。微軟開發(fā) DirectX的主要目的之一是促進 Windows 操作系統(tǒng)上的游戲和多媒體應(yīng)用程序的發(fā)展。另一方面，微軟公司開發(fā) DirectX 是為了在當(dāng)今或今后的計算機操作系統(tǒng)上提供給基于 Windows 平臺的應(yīng)用程序以高表現(xiàn)力、實時訪問硬件的能力。DirectX 分為普通的安裝包和開發(fā)工具包，為了應(yīng)用 DirectX 建立錐面立體模型，因此必須對 DirectX 開發(fā)工具包了解。本文的最終結(jié)果是將雷達的體掃數(shù)據(jù)中的反射率數(shù)據(jù)，形象，直觀，準確地顯示在對應(yīng)的雷達錐面模型位置上。因此，本文的重點是在建立錐面上，只有建立好的錐面模型，才能將回波位置準確地反映。通過 DirectX 工具建立好立體錐面幾何體模型，應(yīng)用 Visual 2022 工具解析體掃數(shù)據(jù)文件，生成不同仰角下的紋理圖像，然后再應(yīng)用 DirectX下的紋理效果處理，完成立體錐面顯示效果,在窗體上增加選擇不同仰角的立體錐面顯示效果，通過鍵盤控制對錐面模型的各個角度信息準確反映。2 建立模型 DirectX 基礎(chǔ)知識在計算機的 3D 世界，可以表現(xiàn)出真實世界中所有的事物。在計算機的三維世界中，如果要顯示一個物體，首先關(guān)心的就是這個物體怎樣由點來構(gòu)成。然后用這些點來構(gòu)成多邊形，由多邊形來構(gòu)成立體的幾何形體。只要能確定了點的位置，數(shù)量，顏色，就可以形成任何你需要的物體。在 DirectX 3D，為了保證永遠使用正的 z 值來表示距離，慣用左手坐標系來表示整個世界的位置。三維旋轉(zhuǎn)變換可以使物體在三維立體空間中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)可以是沿著 x 軸，或 y 軸，或 z 軸進行。三維縮放可以使物體在三維立體空間中產(chǎn)生大小的縮放效果。在三維坐標中觀察世界時，需要確定以下幾個問題：(ⅰ)在那個位置觀察：需要使用坐標來表示這個觀察點的準確位置，這個坐標是在計算機中的實際坐標系中的值。(ⅱ) 向哪個方向觀察。 （ⅲ）對于觀察者來說，代表上方的方向。最后經(jīng)過三維透視轉(zhuǎn)換顯示在顯示屏幕中。Direct3D 和系統(tǒng)其他組件的關(guān)系如圖 1[3]：圖 D