CN101176118B - 结构网格数据的可视化方法 - Google Patents

Abstract

利用计算机图形图像技术可使对两要素结构网格组合而构成的球状结构网格所配置的结构网格数据可视化。坐标变换机构(31)，将分别由球坐标的特定区域表现的第一及第二要素结构网格(称为N系及E系)的网格点坐标，分别变换为在计算机图形图像中使用的局部xyz坐标。筛选机构32获得与N系及E系对应的第一及第二图形对象。通过E系旋转/N系E系合成机构33，在将E系所对应的第二图形对象以上述第一局部xyz坐标系的x轴为中心旋转90度以后，再以第一局部xyz坐标系的z轴为中心旋转180度，而得到E系所对应的旋转后的第二图形对象，并且对两者进行合成。

Description

结构网格数据的可视化方法

技术领域

本发明涉及能够利用计算机图形图像技术，使对为了仿真而制作的球状结构网格所配置的结构网格数据可视化的结构网格数据的可视化方法及程序。 

背景技术

球坐标系在xyz空间内由矢径及两个偏角(纬度和经度)表示。球坐标系中通过北极(纬度90度)和南极(纬度-90度)的直线上的所有点都是特异点。于是，即使在经度方向测量的角度间隔相同，如果纬度不同则与该角度间隔对应的经度方向的长度就不同。也就是，即使在经度方向测量的角度间隔相同，高纬度区域中的与该角度间隔对应的经度方向的长度也变得比低纬度区域中的与该角度间隔对应的经度方向的长度小。因而，在利用该球坐标系对纬度经度赋予适当的网格间隔所构成的球状结构网格中，越向高纬度行进就越变为多个网格点密集在一起。因而，在基于球坐标系的各网格点上进行数值计算的仿真中，在高纬度区域中不能避免低效率的计算。 

为了能够进行避免这样的球坐标引起的问题且实现计算负荷的减轻的大规模并行式仿真，在2003年12月召开的第17次数值流体力学研讨会上，多篇论文(非专利文献1～3)均发表了用于对地球流体力学中的各种各样现象进行仿真的新球状结构网格。另外，在2003年10月召开的第7次仿真科学研讨会上也发表了该新球状结构网格(非专利文献4)。该新球状结构网格，被通称为阴阳网格，按照第一及第二要素结构网格互补地组合来形成球的方式构成。由以xyz空间的z轴为中心轴的第一球坐标系上的纬度经度网格中抽出从纬度-45度以下的某值至45度以上的某值为止(其中-90度及90度除外)、从经度45度以下的某值至315度以上 的某值为止(其中0度及360度除外)的范围来构成第一要素结构网格。另外，由以xyz空间的y轴为中心轴的第二球坐标系上的纬度经度网格中抽出从纬度-45度以下的某值至45度以上的某值为止(其中-90度及90度除外)、从经度45度以下的某值至315度以上的某值为止(其中0度及360度除外)的范围来构成第二要素结构网格。对用于构成球状结构网格的第一及第二要素结构网格分别配置第一及第二结构网格数据。 

非专利文献1：2003年12月召开的“第17回数值流体力学シンポジウム”(第17届数值流体力学研讨会)，由阴山聪发表的题为“陰陽格子の開発”(阴阳网格的开发)的论文(F8-1) 

非专利文献2：2003年12月召开的“第17回数值流体力学シンポジウム”(第17届数值流体力学研讨会)，由高桥桂子、大平满、阴山聪、渡边国彦发表的题为“陰陽格子上にぉける浅水波方程式による力学的検証”(阴阳网格上的基于浅水波方程式的力学验证)的论文(C6-2) 

非专利文献3：2003年12月召开的“第17回数值流体力学シンポジウム”(第17届数值流体力学研讨会)，由高桥桂子、小峰贤治、阴山聪、渡边国彦发表的题为“陰陽格子法を用いた全球·非静力学大気モデルの開発”(利用阴阳网格法的全球·非静力学大气模型的开发)的论文(C6-3) 

非专利文献4：2003年10月召开的“第7回シミユレ一シヨン科学シンポジウム”(第7届仿真科学研讨会)上由阴山聪发表的题为“固定地球シミユレ一シヨン”(固定地球仿真)的论文 

在利用基于球坐标系的一般球状结构网格进行结构网格数据的可视化的情况下，产生与上述仿真中提出的问题相同的问题。在利用计算机图形图像技术的可视化中，参照各网格点坐标及在其上配置的数据计算出多角形(计算机图形图像中成为图形对象的面的基本要素的三角形)的顶点坐标，并且根据在网格点上配置的数据之值进行着色。因而，在基于球坐标的结构网格的网格点密集的高纬度区域中，与监视器的显示分辨率相比，需要许多不必要的多角形生成处理和多角形顶点中的法线计算处理。另外，在进行从基于球坐标的结构网格数据向基于三维正交坐标的结构网格数据的数据转换的情况下，伴随有数据的内插或削减等依赖于各个的结 构网格的网格间隔的大小的数据加工处理。为此，加工后的数据丧失原始数据与分辨率的一对一的对应关系，由此不能对原始数据进行忠实的表现。如果将上述的新球状结构网格应用于可视化且能够使结构网格数据可视化时，不仅能够避免球的高纬度区域中的多角形的密集并提高处理效率，还能够抑制在与原始结构网格数据的对应关系中精度降低。 

另外，在可视化中，与仿真不同并不需要参照球状结构网格的所有的网格点上的结构网格数据。在仿真中，所有的网格点上的结构网格数据都是为了保持以全球为对象的仿真的匹配性而进行的在两个要素结构网格间的数值数据的交换及内插处理上所需的重要的数据。但是，在可视化中，除了在通过参照上述的第一及第二要素结构网格上的结构网格数据所获得的图形对象间以没有隔开间隙程度的最低限的重复外，都不需要使用所有的网格点上的结构网格数据。相反，如果使用所有的网格点上的结构网格数据，则多角形生成处理或多角形顶点的法线计算处理的负荷变大。另外，在图形对象的重复部分，产生原本不想要的无用的凹凸，而使可视化后的图像处于不清晰的状态。必须避免该无用的重复。 

并且，在球状结构网格的情况下，从监视器眺望的网格的背面侧的网格上的数据，即使进行可视化处理也被隐藏在正面侧的图形对象中。因此，背面侧的网格上的数据在监视器上不显示。如果对这些数据逐一进行多角形生成处理或多角形顶点的法线计算处理，则处理负荷变大而使可视化作业变得没有效率。于是，如果对应可视化的结构网格数据选择性地进行可视化处理，可视化的相关作业就会变得高速且有效。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用计算机图形图像技术可使对两要素结构网格组合而构成的球状结构网格所配置的网格结构数据可视化的结构网格数据的可视化方法及程序。 

本发明的另一目的在于，提供一种能够提高可视化作业的效率的结构网格数据的可视化方法及程序。 

本发明的结构网格数据的可视化方法中，对球状结构网格配置有作为可视化的对象的结构网格数据。该球状结构网格由第一及第二要素结构网 格组合而构成。第一要素结构网格由以xyz空间的z轴为中心轴的第一球坐标系上的纬度经度网格中抽出从纬度-45度以下的某值至45以上的某值为止(其中除去-90度及90度)、从经度45度以下的某值至315度以上的某值为止(其中除去0度及360度)的范围而构成。第二要素结构网格由以xyz空间的y轴为中心轴的第二球坐标系上的纬度经度网格中抽出从纬度-45度以下的某值至45以上的某值为止(其中除去-90度及90度)、从经度45度以下的某值至315度以上的某值为止(其中除去0度及360度)的范围而构成。并且，球状结构网格的结构网格数据由分布对第一及第二要素结构网格配置的第一及第二结构网格数据构成。在本发明的方法中，利用计算机图形图像技术在监视器上使由该第一及第二结构网格数据构成的结构网格数据可视化， 

而且，本发明中，通过以下叙述的第一及第二生成步骤、旋转变换步骤及可视化步骤而实现可视化。首先，在第一生成步骤中，在计算机图形图像中使用的第一局部xyz坐标系上设定第一要素结构网格，接着，在第一要素结构网格上配置第一结构网格数据且通过计算机图形图像技术生成第一图形对象。另外，在第二生成步骤中，在计算机图形图像中使用的第二局部xyz坐标系上设定第二要素结构网格，并且在第二要素结构网格上配置第二结构网格数据且通过计算机图形图像技术生成第二图形对象。在旋转变换步骤中，在将第二图形对象和第二局部坐标系一起以第一局部xyz坐标系的x轴为中心旋转90度以后，再以第一局部xyz坐标系的z轴为中心旋转180度。进行这样的旋转变换步骤，是由于第一图形对象的第一局部xyz坐标系和第二图形对象的第二局部xyz坐标系保持有共同的xyz坐标系，所以当将第一图形对象和第二图形对象直接进行可视化时，两者会重叠显示。于是，在本发明的可视化方法中，通过坐标旋转步骤如上述那样进行第二局部坐标系的旋转。 

在可视化步骤中，通过计算机图形图像技术将第一图形对象及旋转后的第二图形对象组合起来，从而在监视器上作为图像将结构网格数据可视化。 

此外，可以代替如上述那样实际上使局部坐标系旋转的“旋转变换步骤”，而使用基于轴的置换的坐标变换步骤。在该坐标变换步骤中，通过 将用于确定第二要素结构网格的各网格点的坐标值的xyz坐标系的x轴置换为-x轴、y轴置换为z轴、z轴置换为y轴，来对第二要素结构网格的各网格点的坐标进行变换。此时，虽然用于生成图形对象的处理处于坐标变换后，但即使这样结果也能够获得进行过基于计算机图形图像技术的可视化所需的旋转的第二要素结构网格的图形对象。 

为了将其实现，进行第一设定步骤、第二设定步骤、坐标变换步骤和可视化步骤。在第一设定步骤中，在xyz坐标系中设定第一要素结构网格的各网格点的坐标值。在第二设定步骤中，在xyz坐标系中设定第二要素结构网格的各网格点的坐标值。然后，在坐标变换步骤中，对第二要素结构网格的各网格点的坐标进行变换，使得用于确定第二要素结构网格的各网格点的坐标值的x、y及z轴，在用于确定第一要素结构网格的各网格点的坐标值的上述xyz坐标系中进行观察则分别成为-x、z及y轴。并且，在可视化步骤中，使用第一要素结构网格及坐标变换后的第二要素结构网格、和第一及第二的结构网格数据，通过计算机图形图像技术，生成各个图形对象并进行组合，在监视器上作为图像进行表现。 

另外，在可视化步骤中优选还包括：对第一要素结构网格和旋转变换或坐标变换后的第二要素结构网格相重复的重复区域进行判断的判断步骤。并且，在该重复区域中，仅使配置在第一要素结构网格及旋转变换或坐标变换后的第二要素结构网格的一方的网格部分中的结构网格数据可视化。这样进行的话，即使存在两要素结构网格的重复部分，由于可视化所需的多角形生成没有重复所以也能够减轻生成处理的负荷。因此，可避免本来不想要的多角形的重复部分中所产生的出现在图形对象的面上的无用的凹凸。其结果，能够防止可视化后的图像变成不清晰的状态。此外，为了仅将位于重复区域一方的网格点所对应的结构网格数据可视化，而在结构网格数据中重设无效值或设定区域判断条件，使得位于该区域的结构网格数据为零，只要避免了无用的多角形生成处理或多角形的顶点的法线计算处理即可。 

进而，在从监视器的显示框超出而未显示的区域的网格上，不需要生成图形对象。于是，第一及第二结构网格数据优选分别由分割为多个的分割结构网格数据构成。并且，第一及第二结构网格数据中，仅选择为了在 监视器上作为图像表现所需的最低限度的分割结构网格数据进行可视化即可。也就是，准备用于配置被分割为多个的分割结构网格数据的多个分割结构网格。然后，判断应当参照用于形成球状结构网格的多个分割结构网格的哪一个。这样进行的话，能够减少所参照的球状结构网格的网格点总数，由此获得能够减轻多角形生成处理或多角形的顶点的法线计算处理的负荷。一般而言，在大规模并行式仿真中所输出的结构网格数据，被区域分割为多个较细的区域的情况较多。另一方面，在可视化程序中，将一个或少数个结构网格数据读入且进行可视化的情况较多。如果能够将多个的分割结构网格数据不归结为一个或少数个结构网格数据而直接利用并自动进行选择且进行可视化，则也可获得减轻作业效率这样的优点。 

本发明的程序，是为了进行可视化而安装在计算机中使用的结构网格数据的可视化程序。也就是，该程序为了利用计算机图形图像技术在监视器上使对球状结构网格的第一及第二要素结构网格分别配置的第一及第二结构网格数据可视化，而安装在计算机中使用的结构网格数据的可视化程序。在此，球状结构网格由第一要素结构网格和第二要素结构网格以互补地形成球的方式构成，该第一要素结构网格由以xyz空间的z轴为中心轴的第一球坐标系上的纬度经度网格中抽出从纬度-45度以下的某值至45以上的某值为止(其中除去-90度及90度)、从经度45度以下的某值至315度以上的某值为止(其中除去0度及360度)的范围而构成；该第二要素结构网格由以xyz空间的y轴为中心轴的第二球坐标系上的纬度经度网格中抽出从纬度-45度以下的某值至45以上的某值为止(其中除去-90度及90度)、从经度45度以下的某值至315度以上的某值为止(其中除去0度及360度)的范围而构成，本发明的程序利用计算机实现以下功能：首先的功能是：在计算机图形图像中使用的第一局部xyz坐标系上设定第一要素结构网格，并在第一要素结构网格上配置第一结构网格数据，且通过计算机图形图像技术生成第一图形对象的第一生成功能。下一个功能是：在计算机图形图像中使用的第二局部xyz坐标系上设定第二要素结构网格，并在第二要素结构网格上配置第二结构网格数据，且通过计算机图形图像技术生成第二图形对象的第二生成功能。再有，下一个功能是：在将第二图形对象和第二局部xyz坐标系一起以第一局部xyz坐标系 的x轴为中心旋转90度以后，再以第一局部xyz坐标系的z轴为中心旋转180度的旋转变换功能。最后的功能是：通过计算机图形图像技术将第一图形对象及旋转后的第二图形对象组合起来在监视器上作为图像进行表现的可视化功能。 

另外，在本发明的其他的可视化程序，使计算机实现以下的功能。首先，第一个的功能是：在xyz坐标系中设定第一要素结构网格的各网格点的坐标值的第一设定功能。下一个功能是：在xyz坐标系中设定第二要素结构网格的各网格点的坐标值的第二设定功能。再有，下一个功能是：对第二要素结构网格的各网格点的坐标进行变换，使得用于确定上述第二要素结构网格的各网格点的坐标值的x、y及z轴，在用于确定第一要素结构网格的各网格点的坐标值的xyz坐标系中进行观察则分别成为-x、z及y轴的坐标变换功能。最后的功能是：使用第一要素结构网格及坐标变换后的第二要素结构网格、和第一及第二的结构网格数据，通过计算机图形图像技术，生成各个图形对象并进行组合，在监视器上作为图像进行表现的可视化功能。 

此外，可视化功能中优选还包括：对第一要素结构网格和坐标变换后的第二要素结构网格是否具有图2所示那样的重复区域进行判断的判断功能。在判断为重复区域时，在重复区域中，检测出配置在第一要素结构网格及坐标变换后的第二要素结构网格的一方的网格部分的结构网格数据的无效值，或设定区域判断条件，由此避免无用的多角形生成处理或多角形的顶点的法线计算处理。如果像这样进行可视化，重复区域的存在就会变得不成问题。 

进一步，在从监视器的显示框超出而未显示的区域的网格上，不需要生成图形对象。此时，如上述那样，分别准备用于配置分割为多个的分割结构网格数据的多个分割结构网格。并且，判断应参照用于形成球状结构网格的分割结构网格的哪一个。这样进行的话，能够减少所参照的球状结构网格的网格点总数。并且能够减轻多角形生成处理的负荷。另外，优选具有将多个分割结构网格数据不归结为一个或少数个的结构网格数据而直接利用并自动进行选择且进行可视化的功能。通过在多个分割结构网格中自动选择所需的网格，具有可大幅度削减应可视化的数据量的效果。 

根据本发明，能够抑制仿真后的可视化中数据分辨率的损失。另外，可获得在可视化的数据提取及描绘处理中能够削减存储器使用量及时间的成本的效果。例如，在使用经度及纬度方向的网格间隔分别为1度的结构网格的情况下，通常的球坐标下的全部网格点数目为360×180×(半径方向的网格点数目)。相对于此，在第一要素结构网格(N系)及第二要素结构网格(E系)分别通过在经度方向从45度至315度、在纬度方向从-45度至45度的范围来定义时的网格点数目为270×90×(半径方向的网格点数目)×2。因而，在实施本发明时使用的新球状结构网格，与通常的球坐标系的网格相比，利用四分之三的网格点数目即可完成。因此，能够抑制在存储器上保持的全部数据量。在为了描绘彩色等高线或等值面等而基于所决定的条件提取网格点的坐标值和各网格点的数据值的筛选(filter)处理中，应参照的网格点数目与通常的球坐标系网格的情况相比减少为四分之三。因此，也能够抑制描绘所需的多角形数或多角形的顶点中的法线计算处理的量。并且可缩短可视化功能中的总处理时间。另外，对于在新球状结构网格的情况下产生的N系和E系的重复区域，也可以对任一方的坐标系的数据预先进行加工处理(代入无效值)。这样进行的话，由于针对该部分不进行一方坐标系的多角形生成处理，所以可省略重复描绘所引起的无用的处理时间。另外，与通常的球坐标系时的处理相比，能够让负荷均衡接近于均等。另外，如果使用本发明，在结果的显示中可期待高速响应的对话型可视化程序的对话性的提高上，也可获得效果。 

附图说明

图1是本发明的实施方式的一构成例的方框图，通过方框示出了由为了实施本发明的结构网格数据的可视化方法而安装有本发明的程序的一实施方式的计算机所实现的各功能实现机构。 

图2(A)及(B)是第一及第二要素结构网格的概念图；(C)及(D)是表示纬度范围及经度范围的图；(E)及(F)是第一及第二要素结构网格组合而构成的球状结构网格、和仅表示第一及第二要素结构网格的重复区域的图。 

图3是为了实现操作/控制部和数据处理部中的各功能机构而使用的 程序的算法的一例的流程图。 

图4是表示球坐标系和实施所需的参数的图。r表示矢径，α表示纬度，λ表示经度。 

图5是用于说明在实施旋转操作(步骤)时的N系和E系的坐标轴的旋转的图。 

图6是用于说明在实施坐标旋转操作(步骤)时的概念的图。 

具体实施方式

图1是本发明的实施方式的一构成例的方框图，通过方框示出了由为了实施本发明的结构网格数据的可视化方法而安装有本发明的程序的一实施方式的计算机所实现的各功能实现机构。。在该实施方式中，通过程序的安装而在计算机内构成了操作/控制部1、数据处理部2、和可视化功能部3。存储装置4是由计算机具备的硬盘41和内存42构成的硬件。此外，本实施方式中，将构成球状结构网格的第一要素结构网格简化地表示为N系，另外将第二要素结构网格表示为E系。如图2(A)及(B)所示，通过第一及第二要素结构网格(N系和E系)组合来构成该球状结构网格。由以xyz空间的z轴为中心轴的第一球坐标系上的纬度经度网格中抽出从纬度-45度以下的某值(图2(A)例中为45度)至45以上的某值(图2(A)例中为45度)为止(其中除去-90度及90度)、从经度45度以下的某值(图2(A)例中为45度)至315度以上的某值(图2(A)例中为315度)为止(其中除去0度及360度)的范围而构成第一要素结构网格(N系)。另外，由以xyz空间的y轴为中心轴的第二球坐标系上的纬度经度网格中抽出从纬度-45度以下的某值(图2(B)例中为45度)至45以上的某值(图2(B)例中为45度)为止(其中除去-90度及90度)、从经度45度以下的某值(图2(B)例中为45度)至315度以上的某值(图2(B)例中为315度)为止(其中除去0度及360度)的范围来构成第二要素结构网格。于是，球状结构网格的结构网格数据由分别配置给第一及第二要素结构网格的第一及第二结构网格数据构成。在此，上述抽出的纬度范围，如图2(C)所示，在N系中以z轴为中心轴而在E系中以y轴为中心轴进行观察的情况下，是从-45度以下的某值θ1至45 度以上的某值θ2为止之间的范围。另外，抽出的经度范围，在N系中以z轴为中心轴而在E系中以y轴为中心轴进行观察的情况下，是从45度以下的某值θ3至315度以上的某值θ4为止之间的范围。 

当起动程序时，操作/控制部1中实现外部输入信息解析机构11、显示区域判断机构12及数据块判断机构13。另外，在数据处理部2中构成有：数据配置文件解析～机构21、数据加工机构25、数据成块化机构26和数据保存指令机构27。并且，在可视化功能部3中构成有：坐标变换机构31、筛选处理机构32、E系旋转·N系E系合成机构33、描绘机构34、显示机构35、图像文件输出机构36、以及画面操作信息取得机构37。此外，后述的第一及第二要素结构网格的网格点坐标数据及对该网格点配置的第一及第二结构网格数据被存储在硬盘41内。并且，本程序被存储在内存42内。 

图3是为了实现操作/控制部1和数据处理部2中的各功能机构而使用的程序的一部分例行程序的算法的一例的流程图。此外，该程序构成为为了实现通过在计算机内实施各步骤所获得的功能。操作/控制部1接收到来自利用者的操作信息时，外部输入信息解析机构11对操作信息包括的外部信息进行解析，并且将解析结果送给显示区域判断机构12。显示区域判断机构12根据解析结果判断利用者所请求可视化的部分是全体还是是特定区域，并且将用于读入可视化所需的数据的指令输出到数据处理部2。也就是，显示区域判断机构12将用于从存储机构4的硬盘41读入“数据配置文件”的指示传送到数据处理部2(图3的步骤ST1)。在此，所谓从硬盘41读入的“数据配置文件”是指描述有保存了多个数据文件的目录、多个文件名、多个空间分辨率信息(经度、纬度及高度方向各自的实数数值范围和各自的网格点数目)、时间步骤、以及第一及第二要素结构网格中的系的标记(N系、E系或除此以外)相关的信息的文件。 

数据处理部2的数据配置文件解析机构21中，对“数据配置文件”的内容进行解析(图3的步骤ST2)。然后，数据文件读入机构22仅读入计算机需读入的数据文件(图3的步骤ST3)。此时，通过N系E系判断机构23判断数据与预先规定的形式不相当的情况或数据尺寸较大的情况(步骤ST4)。之后，如图2(E)及(F)所示，在多角形化时具有第 一要素结构网格(N系)和第二要素结构网格(E系)重复的部分的情况下，根据需要利用数据区域分割机构24将数据按多个区域进行分割(图3的步骤ST6)。之后，通过数据加工机构25对分割后的数据进行加工处理(图3的步骤ST6)。并且，对数据是否超过了规定的尺寸进行判断(步骤ST7)，在超过的情况下，通过数据成块化机构26按照可适当运行的方式来分割程序，且将加工后的数据分解为多个数据块(被标准化的数据的一块)(步骤ST8)。成块化后的数据(分割结构网格数据)介由数据保存机构27保存到存储装置4中(步骤ST9)。此时，对各个的数据分配数据ID。另外，数据处理部2将数据块信息发送到操作/控制部1。在操作/控制部1中，通过数据块判断机构13，对应于利用者的命令输入或鼠标操作等借助外部输入的后继操作和数据块信息，来决定可视化功能所需的参数(描绘所需的数据块信息、图种、描绘范围的坐标值等)，且将该参数作为信息从数据块判断机构13发送到可视化功能部3。具体而言，如图3的步骤ST11所示，准备数据类，设定数据块信息并作为以后数据类进行管理。然后，在步骤ST12中，参照数据配置文件中所描述的所有的数据，当所有的数据的参照都完成时就结束。在未完成数据参照的情况下，返回步骤ST2。等待之后的来自利用者的下一个操作的赋予。 

这样，在第一及第二结构网格数据由分别分割为多个的分割结构网格数据构成的情况下，当从利用者输入可视化的指令时，在可视化功能部3中，基于由操作/控制部1指定的信息，从存储装置4仅对可视化所需的数据块(为了在监视器上作为图像表现而最低限度所需的分割结构网格数据)进行选择性输入且进行可视化。 

对第一及第二要素结构网格(N系、E系)分别通过坐标变换机构31及文件处理机构32生成图形对象。在坐标变换机构31及文件处理机构32中，首先进行本发明的方法的第一及第二生成步骤。也就是，通过坐标变换机构31在计算机图形图像所使用的第一局部xyz坐标系中设定第一要素结构网格N，并且在第一要素结构网格N上配置第一结构网格数据。接着，通过文件处理机构32提取用于描绘利用者所指定的图种(彩色等高线(contour)或等值面等)的多角形的顶点坐标值及顶点的颜色参数。从而，通过计算机图形图像技术形成多角形而获得第一图形对象。在此，第 一要素结构网格的网格点坐标的设定，遵从图4所示的参数且进行以下的坐标变换： 

x＝r·cosα·cos λ 

y＝r·cosα·sinλ 

z＝r·sinα 

在此，r表示矢径，α表示纬度，λ表示经度。同样，通过坐标变换机构31，在第二局部xyz坐标系中，按照与上述坐标变换同样的方式设定第二要素结构网格E，且在第二要素结构网格E上配置第二结构网格数据。然后，通过文件处理机构32获得针对指定图种的基于计算机图形图像技术的第二图形对象。 

之后，对多角形化后的第二要素结构网格(E系)上的第二图形对象，通过E系旋转·N系E系合成机构33进行坐标旋转操作。坐标旋转操作之所以是必需，是由于为了构成球状结构网格而使用的第一及第二要素结构网格N及E，分别在计算机图形图像中使用的局部xyz坐标系的坐标轴具有共同的xyz轴。也就是说，由于在原样的坐标系中不构成球状结构。图5是用于示意说明该坐标旋转操作图。在坐标旋转操作(坐标旋转步骤)中，如图5所示，在将第二图形对象和第二局部xyz坐标系(图5的右侧E系的坐标系)一起以第一局部xyz坐标系(图5的左侧N系的坐标系)的x轴为中心旋转90度以后，再以第一局部xyz坐标系(图5的左侧的N系的坐标系)的z轴为中心旋转180度。由此，第一及第二图形对象可相互互补地构成球状的结构网格。图6图示了将E系如上述那样进行旋转的过程。其结果，使用第一要素结构网格及旋转后的第二要素结构网格和第一及第二结构网格数据，利用计算机图形图像技术能够在监视器上使结构网格数据可视化(可视化步骤)。此外，在可视化步骤中，进行以下判断：即判断第一要素结构网格和坐标变换后的第二要素结构网格重复的重复区域(判断步骤)。在图2(F)所示的重复区域中，优选仅对配置在第一要素结构网格及坐标变换后的第二要素结构网格中一方的网格部分中的结构网格数据进行可视化。 

E系旋转·N系E系合成机构33，对第一要素结构网格的图形对象和 与第二局部xyz坐标系一起旋转后的第二要素结构网格的图形对象进行合成，由此制作可视化所需的球状结构网格。 

此外，从图6可知，在最终只要获得图6的最下部所示的状态的结构网格即可的情况下，也可以不进行轴旋转的坐标旋转操作，而进行第二要素结构网格的坐标变换。也就是，如图5所示，对第二要素结构网格的各网格点的坐标进行置换，以使用于确定第二要素结构网格(E)的各网格点的坐标值(或第二图形对象xyz坐标系)的x、y及z轴分别成为用于确定第一要素结构网格的各网格点的坐标值的xyz坐标系的-x、z、y轴。此时，并不需要基于计算机图形图像技术的旋转，而需要进行数值上的坐标系的变换。当使用图1的实施方式时，该变换则由坐标变换机构31进行，在E系旋转·N系E系合成机构33中不需要进行E系旋转。通过这样其结果也与前述一样，可获得基于计算机图形图像技术的可视化所需的第二图形对象。具体而言，进行第一设定步骤、第二设定步骤和坐标变换步骤。在第一设定步骤中，利用xyz坐标系设定第一要素结构网格的各网格点的坐标值。在第二设定步骤中，利用xyz坐标系设定第二要素结构网格的各网格点的坐标值。然后在坐标变换步骤中，对第二要素结构网格的各网格点的坐标进行变换，以使用于确定第二要素结构网格的各网格点的坐标值的x、y及z轴，在用于确定第一要素结构网格的各网格点的坐标值的xyz坐标系中进行观察则分别成为-x、z及y轴(坐标变换步骤)。 

图1的描绘机构34，利用旋转后的第一图形对象和第二图形对象，通过计算机图形图像技术在显示器显示机构35的监视器上将结构网格数据可视化且并显示(可视化步骤)。图像文件输出机构36基于保存目的将可视化所需的数据输出给存储装置4的硬盘41。 

此后，至进行数据块的删除、再读入或结束操作为止，通过反复操作/控制部1和可视化功能部3的一系列的处理，而使本程序实现与利用者的对话式数据可视化。 

作为本实施方式的利用区域的例子，可列举出非静力学大气大循环仿真的结果的可视化。另外，在非静力学大气大循环仿真中，对于关于地球全体大气成分的多个物理量，在计算机的处理能力上，预先将网格点数目、网格间隔大致固定为一定，进行仿真。但是，另一方面，例如，进行仅限 于日本领域内时，以更小的比例进行更高精度的计算等，局部上各式各样的空间分辨率不同的仿真。在利用本实施方式的程序来进行可视化的情况下，以分割后的数据块单位对数据(分割结构网格数据)进行处理，按每数据块设定分辨率进而能够实现可视化功能。为此，在处理这样的局部分辨率不同的仿真结果的数据时很有用。此外，本发明的方法及程序并非限定于非静力学大气大循环仿真，在将以地球现象为对象的很多仿真的结果高效率地可视化为球形以及图像显示上，非常有效。 

产业上的可利用性 

根据本发明，通过计算机图形图像技术能够使对两要素结构网格组合而构成的球状结构网格所配置的网格结构数据可视化。 

Claims (8)

1.一种结构网格数据的可视化方法，利用计算机图形图像技术在监视器上使按照第一要素结构网格和第二要素结构网格互补组合而形成球的方式所构成的球状结构网格中的、对上述第一及第二要素结构网格分别配置的第一及第二结构网格数据可视化，

该第一要素结构网格由以xyz空间的z轴为中心轴的第一球坐标系上的纬度经度网格中抽出从纬度-45度以下的某值至45以上的某值为止但不包括-90度及90度、从经度45度以下的某值至315度以上的某值为止但不包括0度及360度的范围而构成；

该第二要素结构网格由以xyz空间的y轴为中心轴的第二球坐标系上的纬度经度网格中抽出从纬度-45度以下的某值至45以上的某值为止但不包括-90度及90度、从经度45度以下的某值至315度以上的某值为止但不包括0度及360度的范围而构成，

该结构网格数据的可视化方法具备：

第一生成步骤，其在计算机图形图像中使用的第一局部xyz坐标系上设定上述第一要素结构网格，并在上述第一要素结构网格上配置上述第一结构网格数据，且通过上述计算机图形图像技术生成第一图形对象；

第二生成步骤，其在计算机图形图像中使用的第二局部xyz坐标系上设定上述第二要素结构网格，并在上述第二要素结构网格上配置上述第二结构网格数据，且通过上述计算机图形图像技术生成第二图形对象；

旋转变换步骤，其在将上述第二图形对象和上述第二局部坐标系一起以上述第一局部xyz坐标系的x轴为中心旋转90度以后，再以上述第一局部xyz坐标系的z轴为中心旋转180度；和

可视化步骤，其通过计算机图形图像技术将上述第一图形对象及旋转后的上述第二图形对象组合起来在上述监视器上作为图像进行表现。

2.根据权利要求1所述的结构网格数据的可视化方法，其特征在于，

上述可视化步骤中还包括：对上述第一要素结构网格和旋转后的上述第二要素结构网格相重复的重复区域进行判断的判断步骤，构成为使得在上述重复区域中，仅使配置在上述第一要素结构网格及上述第二要素结构网格的一方的网格部分中的上述结构网格数据可视化。

3.根据权利要求1所述的结构网格数据的可视化方法，其特征在于，

上述第一及第二结构网格数据分别由分割为多个的分割结构网格数据构成。

4.根据权利要求3所述的结构网格数据的可视化方法，其特征在于，

上述第一及第二结构网格数据中，仅选择为了在上述监视器上作为图像表现而最低限度所需的分割结构网格数据进行可视化。

5.一种结构网格数据的可视化方法，利用计算机图形图像技术在监视器上使按照第一要素结构网格和第二要素结构网格互补组合而形成球的方式所构成的球状结构网格中的、对上述第一及第二要素结构网格分别配置的第一及第二结构网格数据可视化，

该第一要素结构网格由以xyz空间的z轴为中心轴的第一球坐标系上的纬度经度网格中抽出从纬度-45度以下的某值至45以上的某值为止但不包括-90度及90度、从经度45度以下的某值至315度以上的某值为止但不包括0度及360度的范围而构成；

该第二要素结构网格由以xyz空间的y轴为中心轴的第二球坐标系上的纬度经度网格中抽出从纬度-45度以下的某值至45以上的某值为止但不包括-90度及90度、从经度45度以下的某值至315度以上的某值为止但不包括0度及360度的范围而构成，

该结构网格数据的可视化方法具备：

第一设定步骤，其在xyz坐标系中设定上述第一要素结构网格的各网格点的坐标值；

第二设定步骤，其在xyz坐标系中设定上述第二要素结构网格的各网格点的坐标值；

坐标变换步骤，其对上述第二要素结构网格的各网格点的坐标值进行变换，使得用于确定上述第二要素结构网格的各网格点的坐标值的x、y及z轴，在用于确定上述第一要素结构网格的各网格点的坐标值的上述xyz坐标系中进行观察则分别成为-x、z及y轴；和

可视化步骤，其使用上述第一要素结构网格及坐标值变换后的上述第二要素结构网格、和上述第一及第二的结构网格数据，通过上述计算机图形图像技术，生成各个图形对象并进行组合，在上述监视器上作为图像进行表现。

6.根据权利要求5所述的结构网格数据的可视化方法，其特征在于，

在上述可视化步骤中还包括：对上述第一要素结构网格和上述坐标值变换后的上述第二要素结构网格相重复的重复区域进行判断的判断步骤，构成为使得在上述重复区域中，仅使配置在上述第一要素结构网格及上述坐标值变换后的第二要素结构网格的一方的网格部分中的上述结构网格数据可视化。

7.根据权利要求5所述的结构网格数据的可视化方法，其特征在于，

上述第一及第二结构网格数据分别由分割为多个的分割结构网格数据构成。

8.根据权利要求7所述的结构网格数据的可视化方法，其特征在于，

上述第一及第二结构网格数据中，仅选择为了在上述监视器上作为图像表现而最低限度所需的分割结构网格数据进行可视化。

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