空间电磁环境可视化系统的研究与应用[J]
D
电磁环境原始数据进行统一建模，再经过解析映射及绘
制渲染，将原始数据转换成易于被理解或接受的图像数据显示出来；同时，用户可根据可视化过程的分析结果与整个可视化过程各模块进行交互操作。
图1 电磁环境可视化映射模型图
空间电磁环境可视化系统由电磁环境参数设置、电磁数据求解、数据统一建模、解析映射、绘制渲染、人机交互等模块构成。通过对电磁环境数据建模，经过解析与可视化映射生成可视化结构，并对其进行绘制渲染，实现空间电磁环境的可视化。
1.1系统体系结构
图2所示为电磁场数据可视化系统体系结构。
图2 空间电磁环境可视化系统体系结构图
基于.NET框架，空间电磁可视化系统采用三层架构设计，系统应用从下至上分别为：数据访问层、业
务逻辑层、表示层。空间电磁环境可视化系统首先进行空间电磁环境参数设置，计算出电磁数据，然后将地形数据和电磁数据进行读入映射转换，通过数据建模生成统一的空间电磁环境数据模型，包括矩形网格数据模型、三角网格数据模型和曲线控制点数据模型，再对其经过解析与可视化映射生成空间电磁环境可视化结构，并对可视化结构进行绘制与渲染，以电磁场强分布态势、电磁等值线、电磁波传播路径等来表现环境中的电磁分布情况，使用者还可根据已显示的图像与系统进行交互，对渲染图像可进行缩放、旋转、平移等操作，从多角度观察电磁场分布情况。
1.2空间电磁环境数据统
第23卷第4期Vol. 23 No. 4 2011年4月穆兰，等：空间电磁环境可视化系统的研究与应用Apr., 2011
一模型构建
电磁环境可视化除了分析电磁强弱，展现电磁态势，还应包括电磁场所处的相对地形、地貌的情况。本系统目前可视化的数据包括地形数据、电磁场接收点能量分布数据和电磁波传播路径控制点数据。
从建模数据格式划分，电磁环境数据建模又分为矩形网格数据建模、三角网格数据建模和曲线控制点数据建模。矩形网格数据包括地形矩形网格数据和电磁场能量矩形网格数据；三角网格数据包括地形三角网格数据；曲线控制点数据包括电磁场传播路径控制点数据和电磁场等值线数据。
矩形网格数据模型Grid由地形网格TerrainGrid和电磁能量网格PowerGrid构成，即Grid=<TerrainGrid, PowerGrid>。定义TerrainGrid=<TerrainNodeSet>，TerrainNodeSet是地形数据点TerrainNode集合，TerrainNode=<xLocation, yLocation, zLocation>。xLocation，yLocation，zLocation分别为该点的x轴、y轴、z轴坐标；同样，定义PowerGrid=<PowerNodeSet>，PowerNodeSet是能量数据点PowerNode集合，PowerNode=<xLocation, yLocation, zLocation, Power>，Power为该点的电磁能量值。
曲线控制点数据模型Line由电磁场传播路径Path和电磁场等值线Isoline构成，即Line=<Path, Isoline>。Path=<PathNodeSet>，PathNode=<xLocation, yLocation, zLocation, Power>；Isoline =< IsolineNodeSet>，Isoline Node=<xLocation, yLocation, zLocation, Power>。同网格数据模型一样，xLocation、yLocation、zLocation分别为点的x轴、y轴、z轴坐标，Power为该点的电磁能量值。1.3解析映射及空间可视
化结构生成方法
针对不同的模型渲染方式，3D模型顶点由PositionColored、PositionNormalColored、PositionTextured、PositionNormalTextured 等结构来定义，结构中的“Position”、“Color”、“Normal”、“Texture”字段分别表示该结构中包括顶点位置、顶点颜、法线向
量及纹理坐标等，即图形顶点格式VertexFormat=< PositionColored, PositionNormalColored, PositionTextured, PositionNormalTextured>。包含位置坐标和颜的结构PositionColored =< Position, Color>；包含位置坐标、法线向量和颜的结构PositionNormalColored =< Position, Color, Normal>；包含位置坐标和纹理坐标的结构PositionTextured =< Position, Tu, Tv>；包含位置坐标、纹理坐标和、法线向量的结构PositionNormalTextured =< Position, Tu, Tv, Normal>。其中位置坐标Position=< x, y, z >，顶点颜Color=<A, R, G, B>，Tu和Tv对应用2D笛卡尔坐标定位矩形纹理图片各个像素位置的x和y，该点所
在平面的法线向量Normal=< Nx, Ny, Nz >。
cannot create file怎么解决
在表示电磁能量态势、电磁场等值线、电磁波传播路径
html格式文件怎么编辑时顶点颜Color用来表现电磁能量的大小。系统根据最大
能量值和最小能量值对各顶点颜的R、G、B各分量按比
例赋值，来反映能量的大小。电磁能量计算时会设定阈值，
当小于阈值时赋特定最小值，因此当显示能量时小于等于最
小值的点认为没有电磁能量到达，令其不可见，设为透明，
可见点的能量颜的透明度由用户交互设置。
法线向量为从坐标系统原点到Normal表示的点的有向
线段，在空间电磁可视化中所有的3D模型的平面由若干的
三角形平面组成，因此法线向量表示的该点所构成的三角平
网页脚本制作面的法线向量。在3D可视化中，法线向量主要用来计算光
的反射，根据法线向量来确定用光学原理计算光源照射到三
角平面上的入射角和反射角。复杂的地形平面的很多个三角position和location的区别
形平面的法线方向是不同，因此入射光线照射将反射不同的
明暗效果，从而呈现出立体感。本系统的光照的效果通过图
形卡的硬件加速来实现，这样节省了系统的资源开支。1.4绘制渲染方法
空间电磁环境的绘制与渲染主要分为顶点处理和像素
处理两个主要功能模块的执行。顶点处理就是把三维电磁环
境的所有顶点经过世界变换、观察变换、投影变换为计算机
显示器窗口上的顶点，顶点包括位置坐标属性以及根据设定
的光源及材质生成的颜属性。像素处理根据顶点颜使用
渐变过渡的算法进行颜混合，填充整个平面，从而实现电
磁环境的绘制渲染。
本系统使用高级着语言HLSL定义处理顶点着和
像素着的方法写入文件中，转换为能在图形卡GPU中运
行的代码完成3D图形的渲染，可编程流水线的使用加强了
顶点处理和像素处理的能力。
为了不仅表现出地势高低的变化，而且使地形更加逼
真，本系统对地形采用了根据地形高度和倾斜度产生混合纹
理的纹理映射的方法。首先根据地形高度和倾斜度分别计算
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在每一点的各纹理混合比例，根据纹理混合比例计算出每点
混合后的颜值，在计算出该点的各种材质的纹理比例后，
各材质对应点处的R、B、G值乘以各自的纹理比例即可计
算出该点渲染的纹理颜R、B、G值，从而将纹理覆盖到
三维地形模型的表面，实现地形的纹理渲染。
系统还应用规则矩形格网自动绘制等值线的原理，利用
能量模型的矩形格网点的能量值内插出格网边上的等值点，
并将这些等值点按顺序连接，生成随地势变化的电磁场分布
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的曲面上或是电磁场能量在空间剖面x-z坐标平面上f(x，
y)=c的轨迹分布线。这里的c为可视化系统中能量等值线的上的点的能量值，根据等值线能量值c的能量大小不同，各

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