题目：基于气象数据的大规模云场景绘制技术研究

云作为一种重要的自然现象，是真实大气环境中必不可少的元素，但由于云本身所具有的复杂物理特性，对三维云的逼真模拟一直是计算机图形学领域的研究重点与难点。基于图像、气象数据等真实数据的三维云模拟方法相对于传统的模拟方法，具有将真实性与逼真性相结合的优点，本文在国家863课题“动态云数值模拟XXXXX研究”以及国家自然科学基金面上项目“动态参与介质建模技术研究（61272348）”的资助下，针对气象学领域的典型预报模式WRF（Weather Research and Forecasting Model），研究了基于气象数据的大规模云场景绘制技术，解决WRF数据采样较稀疏难以表现细节的问题以及数据规模较大难以实时绘制的问题，具体的研究成果如下：

(1)提出了一种基于流线的高分辨率三维云数据生成方法。首先依据WRF数据求解出存储衰减系数的低分辨率体数据，结合WRF数据的速度场给出自适应步长的流线生成方法，表征了三维云的分布特点。然后提出一种基于流线指导插值过程的高分辨率数据生成方法，使插值结果更具物理意义，从而解决了WRF数据采样较稀疏的问题。

(2)给出了一种多层次的三维云数据组织方法。针对插值生成的高分辨率数据，给出一种使用粒子表示三维云表面的方法，使表征三维云形态的粒子数量大幅减少。进而给出一种基于空间二分的分割方法，构建出表面粒子数据的二叉树组织结构，层次遍历二叉树得到表面粒子数据的多层次组织存储结构，实现了三维云的多分辨率表示。

(3)给出了一种大规模动态三维云的实时绘制方法。结合Splatting绘制技术给出了适用于表面粒子的光照模型，通过估计三维云的厚度计算出三维云表面的光强。同时设计实现了多层次数据的外存存储结构和内存调度结构，给出了多层次数据的调度方法，最终实现了大规模动态三维云的实时绘制。

(4)设计实现了基于气象数据的大规模云场景模拟工具，包括WRF数据处理工具以及绘制工具，通过数据处理工具可以方便的实现多层次数据生成过程的参数控制，通过绘制工具可以实现基于气象数据的大规模动态云场景的实时绘制和漫游。