Weather 3D 简介

引言
    电视天气预报作为气象信息公众传播的一种重要手段已经并且将继续深入到人们的日常生活中。电视天气预报是综合各种气象信息和气象产品的视频传播制作，这些信息来源于气象台的天气预报和气象研究部门的科学计算、科学视算产品，是气象资料处理过程的最后环节。由于天气物理过程的时空分布比较复杂，要表达和理解天气物理过程必须借助于科学计算和科学视算描述出天气物理过程的三维空间分布，并通过时间序列动画展示它们的时间演变。另外，气象领域内部研究人员和外部公众对气象信息的要求是不同的，但他们都需要通过简单、直观和准确的图形、图像方式表达各种气象资料。电视天气预报主要针对气象外部的公众，制作出的气象产品必须容易被不熟悉气象的公众理解。因此，如何快速、准确地制作出表达复杂的天气物理过程的图形、图像产品是目前电视天气预报节目制作中重点考虑的课题。

系统介绍
    由于气象信息的多样性（空间尺度、时间尺度不同，资料来源不同），系统有若干个独立模块组成，其模块构造关系如图1。各个模块分别处理和加工单独类别的气象资料，并通过底层的数据库（文件管理和产品管理）进行资源（参数、中间结果等）共享。另外，根据业务需要，还有一个“全球高分辨率三维地形制作”模块，其产品共享于其它模块。

    系统的硬件平台是基于个人计算机(PC)环境，软件平台是微软公司的Windows[2k/XP]系列操作系统。语言开发环境是微软公司的Visual C/C++，另外还有SGI公司的OpenGL三维图形库等。
    系统的主要功能是通过对各种气象资料和气象预报产品进行处理、分析，制作出描述天气物理过程的三维图形、图像产品，进而综合多种地理信息资料进行产品的合成，生成公众气象信息传播服务的天气预报产品。这些产品既可用于后续的视频产品加工，也可用于网络（通过Internet）气象信息发布。

1 全球高分辨率三维地形制作

    在天气预报中，地理信息是不可缺少的背景资料。天气系统的发生、发展与地形有着密切的关系，因此在天气预报产品中叠加相应的地理信息是必不可少的。这些地理信息包括地形、植被、海岸线、河流、湖泊、国界、省界、经纬线等。
    该模块的主要功能是提供其它模块需要的地理信息，加工制作出根据海拔高度变化的三维地形产品（如图2）。模块有以下主要功能和特点：
1) 支持全球5'、10'和30"（约1km）分辨率的地形（面形地理信息）；
2) 全球任意区域资料截取和选择（方便的区域选择窗口）；
3) 植被等纹理图像的三维地形面叠加；
4) 海洋纹理处理（可以选择不同的海洋纹理）；
5) 海岸、国界、省界、县界、湖泊、岛屿、河流、主要城市等线形和点形地理信息资料；
6) 任意视角旋转观察和无级缩放；
7) 多种产品存储格式（标准图像、旋转地球图像序列和矩形数据阵列等）；
8) 按海拔高度控制点控制的颜色表编辑（最多支持1024种颜色），颜色表的自动平滑过渡处理，方便的控制点数量增删、颜色和海拔高度编辑；
9) 备用的用户特殊地理信息接口；
10) 方便的地理信息测量（点经纬度测量，两点地球表面距离测量等）；
11) 多种地理投影变换方法（矩形投影、圆盘投影、兰勃特投影、麦卡托投影、极射投影等）；
12) 所有的地理信息按照经纬度准确合成；

2 三维卫星云图制作

    卫星云图在电视天气预报中起着重要的作用，是电视天气预报的重要内容。它比天气图和其它图表更容易理解，观众从中可清楚地看到影响当地的天气系统以及天气系统的位置和强度。“三维卫星云图制作”用于FY-2、MTSat以及NOAA极轨卫星得到的卫星遥感资料与地理信息资料的三维合成，加工制作出直观、准确、视觉效果极佳并更容易理解的云图表达形式（如图3）。
该模块有以下主要功能和特点：
1) 支持多种卫星资料（FY-2、MTSat、NOAA极轨卫星等）格式；
2) 使用“全球高分辨率三维地形制作模块”制作出的地理信息（三维地形）；
3) 完全经纬度准确信息（云图和三维地形等）合成；
4) 多种地理投影变换方法（矩形投影、圆盘投影、兰勃特投影、麦卡托投影、极射投影等）；
5) 多种图像输出产品格式（标准图像和动画图像序列）；
6) 方便的云图颜色调整（通过亮温控制点的数量和颜色控制云图颜色表）；
7) 不同目标的透明度、材质和光源处理；
8) 任意视角旋转观察和无级缩放；
9) 云图亮温等值线分析（等值线追踪参数可以任意调节）；
10) 多时间步、多幅图像连续制作；
11) 时间图像序列动画播放；
12) 自动、交互两种运行状态控制；

3 气象信息合成