基于优化边界体积层次算法的WRF云产品渲染

摘要

作为天气系统的主要组成部分，三维云仿真在军事、航空等领域都起着重要作用.目前主流的边界体积层次结构(Bounding Volume Hierarchy, BVH)在处理形状不均匀且体积较大的云时存在渲染效率低下的问题，为此提出一种基于优化BVH算法的云产品渲染方法.将WRF(Weather Research and Forecasting,天气研究与预报)模型网格点中的数据作为云基元，利用Z-order Hilbert曲线对其进行空间排序，结合云基元密度优化BVH算法，提高计算效率.提出ONS (Overlapping Node Sets,重叠节点结构)降低数据存取耗时.优化BVH算法能够减少不必要的光线和三角形面之间的相交测试次数，并解决边界体无效重叠问题.仿真实验显示，SAH(Surface Area Heuristic,表面积启发式)成本较同类最优算法可提升15.6%,EPO(Effective Partial Overlap,有效重叠部分)可提升10%,构建时间减少100%以上，在任意云场景中优化BVH算法的计算效率较同类算法都有显著提高，表明其能实现WRF云产品的快速渲染.

关键词

光线追踪 / 云仿真 / 边界体积算法 / WRF