【正文】 .......................................................................................................33結(jié)論 .......................................................................................................................................................................33參考文獻(xiàn) ...............................................................................................................................................................33致謝 .......................................................................................................................................................................35聲明 .......................................................................................................................................................................36天氣雷達(dá)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(dá)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(dá)對氣象預(yù)報者及時，準(zhǔn)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。本文所采用的方法是通過 DirectX 工具進(jìn)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(dá)立體錐面顯示軟件。通過上面的雷達(dá)方程，常規(guī)天氣雷達(dá)的探測原理是利用云雨目標(biāo)物對雷達(dá)所發(fā)射電磁波的散射回波來發(fā)現(xiàn)氣象目標(biāo)，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(dá)除了能起到常規(guī)天氣雷達(dá)的這種作用外，它的重大改進(jìn)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。因此，共有約 80 個雷達(dá)產(chǎn)品的編號是不連續(xù)的！根據(jù)雷達(dá)產(chǎn)品的分類方式不同，可將雷達(dá)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]。根據(jù)實際需求，對雷達(dá)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。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。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。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 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。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 DirectX 3D，為了保證永遠(yuǎn)使用正的 z 值來表示距離，慣用左手坐標(biāo)系來表示整個世界的位置。在三維坐標(biāo)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(biāo)來表示這個觀察點的準(zhǔn)確位置，這個坐標(biāo)是在計算機中的實際坐標(biāo)系中的值。Direct3D 和系統(tǒng)其他組件的關(guān)系如圖 1[3]：圖 Direct3D 和系統(tǒng)其他組件的關(guān)系應(yīng)用程序（Win32 Application）通過調(diào)用 Direct3D 提供的 API 函數(shù)（Direct3D API）實現(xiàn) 3D 圖形功能。Win32 Application Win32 ApplicationDirect3D API GDIHAL DeviceDevice Driver Interface(DDI)Graphics Hardware使用 Direct3D 編程時，首先創(chuàng)建 Direct3D 對象，在程序結(jié)束時，也必須釋放Direct3D 對象。 //定義 Direct3D 對象的指針，初始化為空if( NULL == ( g_pD3D = Direct3DCreate9( D3D_SDK_VERSION ) ) ) return E_FALL。LPDIRECT3DDEVICE9 g_pd3dDevice = NULL。 = TRUE。d3dDevice ) ) )return E_FALL。 Windows 基本編程原理和方法用 C++編寫一個 Windows 應(yīng)用程序，必須掌握 Windows 的基本編程原理。初始化后，可以顯示窗口了，并且可以進(jìn)行消息的相互傳遞，可以對鍵盤，鼠標(biāo)等外部設(shè)備動作進(jìn)行響應(yīng)，執(zhí)行對應(yīng)的事件。消息驅(qū)動意味著操作系統(tǒng)的每一部分和其他部分以及應(yīng)用程序之間，是通過 Windows 消息進(jìn)行通信。在DirectX中，進(jìn)入main()函數(shù)后，首先需要注冊一個窗口類，在窗口類中，包括窗口的類名，窗口模式，消息處理等屬性；注冊完一個窗口類后，接著就可以創(chuàng)建應(yīng)用窗口了；跟著初始化3D對象和設(shè)備，如果成功，就可以顯示窗口，更新窗口，進(jìn)入消息處理函數(shù)，然后進(jìn)行窗口內(nèi)存釋放；如果不成功，直接進(jìn)入到內(nèi)存釋放。在 MsgPro()函數(shù)下，對 msg 消息進(jìn)行消息類型的判斷，當(dāng)窗口銷毀時，就創(chuàng)建應(yīng)用窗口初始化 3D 設(shè)備及對象是否成功顯示窗口，更新窗口進(jìn)入消息處理函數(shù)窗口內(nèi)存釋放返回值 0觸發(fā) WM_DESTROY 事件，進(jìn)而調(diào)用 Cleanup()函數(shù)和 PostQuitMessage( 0 )函數(shù)。最后 MsgPro()函數(shù)將要執(zhí)行的事件反饋給主函數(shù)，實現(xiàn)消息響應(yīng)功能，以上就是消息處理函數(shù)的整個過程，當(dāng)然消息處理函數(shù)的響應(yīng)事件是很多的，包括一個鍵盤的任意鍵被按下事件，鼠標(biāo)的移動事件等等。 圖 錐面模型分析從上圖我們可以看到，一個錐面模型的構(gòu)成需要知道方位角，仰角，斜距，而這些數(shù)據(jù)都可以從雷達(dá)的體掃數(shù)據(jù)得出，在雷達(dá)數(shù)據(jù)中，雷達(dá)所能探測的最遠(yuǎn)距離是 512Km，而方位角（theta）斜距（m_c）仰角(fi)每公里則有八個點，即每個點所代表的距離是 125m；在方位角上，theta 的變化范圍為0－360 度，在方位角上，總共有 600 個徑向；而在仰角上，對一般的雷達(dá)來說，變化范圍小于 90 度，在低仰角掃描的時候，由于受到地物雜波的干擾，為了能夠很好地消除地物雜波，在低仰角往往掃描兩次，而隨著仰角的增大，其仰角的抬升間隔頁逐漸增大，因為在高仰角掃描的時候，天氣現(xiàn)象已經(jīng)離雷達(dá)觀測地很近，沒有多大的實際預(yù)報價值。 程序概要設(shè)計流程所有函數(shù)都是從 main()函數(shù)開始執(zhí)行的，然后進(jìn)行注冊一個窗口，創(chuàng)建窗口，對于本文的 DirectX 來說，必須初始化 DirectX3D 設(shè)備及對象成功后才能夠初始化幾何體模型，只有初始化幾何體模型成功后才對窗口進(jìn)行顯示，更新，和消息處理，通過消息處理事件，轉(zhuǎn)譯消息，分散消息，最后進(jìn)行幾何體模型的渲染；構(gòu)成一個生動的幾何體模型，這就是本文構(gòu)建模型的思路，然后運用 DirectX 工具下的貼圖效果處理手段，對立體錐面模型進(jìn)行渲染效果處理。渲染效果決定了模型的構(gòu)成方式，在模型渲染之前還可以進(jìn)行多種立體效果處理，燈光，紋理，材質(zhì)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，霧化，雨化，雪化等效果處理，給人更加逼真的效果。對模型的建立構(gòu)成，采取的手段也是多種方式，不管建立什么樣的模型，最基本的也是最重要的就是如何建立好點，只有把點建立好后，才能構(gòu)成線，進(jìn)而構(gòu)成面，最后構(gòu)成體，這個總體的基本思路是不會改變的。假定某一個定值仰角，就模型的構(gòu)成來說，可以設(shè)置最遠(yuǎn)距離為 512Km。pVertices2[t].position = D3DXVECTOR3( a*cosf(theta), b, a*sinf(theta) )。第二種模型建立的方案是考慮到距離，也即是考慮到了對某個具體位置的雷達(dá)回波信息進(jìn)行參照，經(jīng)過考慮，用于本研究在徑向立體錐面的徑向距離上選用了 5 個徑向距離，也就是將 512Km 用 4 個距離段來表示，每個距離段代表 128Km，當(dāng)然這個距離劃分越細(xì)越好，經(jīng)度越高，應(yīng)用價值也越高。int t = 0。 i40。Point iRadialPoint。pVertices2[t].position = D3DXVECTOR3( a*cosf(theta), b, a*sinf(theta) )。在程序應(yīng)用時一定要注意點的連接方式。通過方位上的變化來存儲點，方位上交叉進(jìn)行點的存儲，當(dāng)?shù)竭_(dá)最遠(yuǎn)處時，再從原點進(jìn)行循環(huán)，直到 40 個方位上全部存儲完全，連接起來，通過線框模式就可看到點的存儲順序，可見多了一些沒有必要的點，所以每循環(huán)一次后，在方位上進(jìn)行兩個方位的移動。任何受到地球曲率影響的因素都不可以忽略，地球曲率讓雷達(dá)的回波產(chǎn)生誤差，測的高度比實際的高度要高，這對要求準(zhǔn)確位置的回波信息的天氣應(yīng)用系統(tǒng)中，必須將地球曲率的影響效果減少到最小。可以想象模型隨距離增加隨高度越來越高，如圖 ：圖 第二種模型的線列表彩色模型圖 第二種模型的線框模式線框列表圖形圖 考慮到地球曲率的錐面模型通過上圖可以看出，地球曲率對雷達(dá)探測高度的影響進(jìn)行了適當(dāng)?shù)难a償。在 Direct3D 中，提供了使用燈光的功能，通過使用不同的燈光，相同的場景可以表現(xiàn)出各種不同的效果。不同的物體，由于反射了不同的顏色的光，所以我們看到了不同的顏色。在 Direct3D 中，提供了兩種燈光模式：散射燈光（Ambient Light）和方向燈光（Direct Light） ，在方向燈光又包括點燈光（Point Lights） ，聚光燈（Spotlights） ，方向燈（Directional Lights） 。 //聲明燈光ZeroMemory( amp。 //反射光為紅色 = 。, amp。light )。 //最后，打開一些ambient(散射光) 材質(zhì)效果在真實的自然環(huán)境中，每種物質(zhì)表面都具有不同的材質(zhì)。因此，需要在 Direct3D 場景中使用燈光，幾何體模型必須指定材質(zhì)，才能顯示出理想中顏色和光照效果。Ambient 表示物體漫反射光線的顏色。下面給出了一個紅色材質(zhì)例子程序：D3DMATERIAL9 mtrl。 //反射光多能工物體漫反射光都為紅色 = = 。mtrl )。 //定義矩陣結(jié)構(gòu)D3DXMatrixPerspectiveFovLH( amp。matProj )。 //眼睛位置，觀察者在三維坐標(biāo)中的坐標(biāo)；D3DXVECTOR3 vLookatPt( , , )。matView, amp。//觀察坐標(biāo)轉(zhuǎn)換g_pd3dDeviceSetTransform( D3DTS_VIEW, amp。在 Direct3D中使用坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換非常方便。//將物體在z的正方向移動10個坐標(biāo)單位g_pd3dDeviceSetTransform( D3DTS_WORLD, amp。通過鍵盤事件觸發(fā) Windows 消息處理函數(shù)，讓 Windows 響應(yīng)鍵盤控制操作。 //每次沿X坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)2度}case 0x4D: // 39。case 0x43: // 39。}break。 //通過按鍵切換是否使用紋理效果}break。除了上面提到的幾種 DirectX3D 效果外，還有霧化，雨化，雪化及粒子系統(tǒng)等效果。3 反射率產(chǎn)品圖像生成 反射率數(shù)據(jù)提取通過查閱相關(guān)雷達(dá)資料和雷達(dá)數(shù)據(jù)格式文檔，該雷達(dá)體掃數(shù)據(jù)主要有三部分組成，站址參數(shù)段，性能參數(shù)段和觀測參數(shù)段。雷達(dá)的仰角和距離也很重要，這些數(shù)據(jù)通過雷達(dá)體掃數(shù)據(jù)直接提供給用戶，用戶在后端的進(jìn)行的開發(fā)二次產(chǎn)品，都是在這個數(shù)據(jù)可信的基礎(chǔ)上實施的；通過這兩個因素以及方位角就能夠準(zhǔn)確地定位出哪一點的天氣數(shù)據(jù)信息。反射率數(shù)據(jù)反映的是云塊的厚度和范圍大小，對是否降雨，降多大的雨，有很重要的關(guān)系。而數(shù)據(jù)的組成則全部來自體掃數(shù)據(jù)的對應(yīng)反射率。m 是否大于最大仰角層號結(jié)束仰角層數(shù)m = 0生成當(dāng)前仰角層數(shù)的紋理圖 m+=1回波的顏色，用不同的顏色表示不同的強度。int x = LineMes[int(seta0)].pPMes[j].x + m_X0。通過上述語句得到對應(yīng)紋理圖的像素色標(biāo)，生成平面的圖像，既有了立體錐面模型，有了立體錐面模型表面生成的紋理圖片，下面就需要將二者有效的結(jié)合起來