《Ocean-Land-Atmosphere Research》文章：针对海洋标量场数据的交互式可视化框架

研究背景：

海洋现象对热传输、物质传输和气候形成有重要影响。随着海洋探测设备的发展，海洋数据量迅速增加，需要可视化技术来帮助人们挖掘和理解海洋数据，从而获得洞见。然而，现有可视化方法在有效渲染大量海洋数据和展示海洋现象内部结构方面存在挑战。

研究内容：

文章提出了一个新的可视化分析框架，用于展示大量的海洋标量体数据。框架包括四个部分：使用单盒和双球作为代理几何体绘制平面和球面的地球；设计了一种基于图形处理单元（GPU）的新型光线投射算法来减少海洋数据体的体积；使用深度校正算法准确恢复海洋尺度；开发了一种内部漫游算法来观察海洋数据的内部结构。

研究方法：

几何渲染算法：使用代理几何体（单盒和双球）来模拟平面和球面的地球，以便在不同模式下渲染海洋数据。

光线投射算法：基于 GPU 设计了一种新的光线投射算法，通过计算像素的屏幕和全局坐标来渲染海洋体数据。

渲染加速方法：采用自适应采样率和采样步长来提高渲染效率，其中采样率基于方向导数来控制，采样步长则根据数据的非均匀分布动态调整。

深度校正算法：为了解决海洋数据在垂直方向上的非均匀分布问题，设计了一种深度校正方法，通过坐标变换来获取实际坐标值。

内部漫游算法：允许用户通过计算当前近平面的全局坐标来动态探索海洋数据的内部结构。

传输函数：采用吸收-发射光学模型，并使用预计算算法实现传输函数，增加用户交互性，允许用户通过调整传输函数来观察特定的海洋特性。

研究结果：

验证了所提出的算法通过可视化南海（SCS）的温度和盐度数据以及黑潮数据的有效性，并将结果与现有方法进行了比较。

使用 HYCOM 数据和 Argo 数据评估了框架在可视化西太平洋暖池（WPWP）边界和热中心时的适应性。展示了WPWP分裂现象的可视化结果，为研究提供了新的视角。性能测试表明，所提出的框架能够在保持渲染质量的同时提高渲染速度。

文章的研究成果包括开发了一个新的分析框架，建立了三个新算法（优化光线投射算法、深度校正算法和内部漫游算法），引入了一种加速方法来平衡渲染质量和速度，并提出了一种传输函数以增加新框架的交互性。此外，可视化了不同海域的海洋属性，并将结果与现有研究进行了比较。

来源：Ocean-Land-Atmosphere Research