在当前信息数据迅速增长的时代,如何在海量数据中提取和呈现其内在的有效信息,是一个广大研究者持续关注的课题,现有的数据分析方法大多数停留在二维分析层面,难以满足量和维度不断提升的海量数据分析需求。随着科学数据可视化技术的不断发展,多维场数据的可视化方法层出不穷,并且在各个领域广泛应用。本文主要研究气象数据的三维标量场可视化方法,利用改进体绘制算法构造可视化系统。重点在体绘制核函数的研究上,提出从效率和效果上对绘制结果改进的方法理论。对体绘制的原始数据处理、数据分类、数据采样过程、采样数据合成过程这四个阶段进行解析,提取每个阶段的最优方法,并结合现有的数学模型优化各个阶段。(1)数据预处理:气象源数据存在异构性、多样性特征,要统一接入当前绘制方法,必须进行数据标准化。结合当前数据存储特性,采用自定义的二进制数据存储方式。根据当前各个数据的解析方式将数据解析并放入缓存空间中,自定义数据结构,存放当前数据信息和数据体,通过二进制流的形式将当前数据序列化到文件中,统一格式和存储。(2)Ray-AABB自适应采样:在传统体绘制算法射线采样过程中,射线采样点坐标计算是射线和包围盒交叉计算过程,分为盒外和盒内两部分,盒外即无效采样。所以根据射线和包围盒的属性结合数学模型Ray-AABB检测算法,进行交叉计算,求出当前的盒内有效射线采样,剔除盒外无效采样,优化当前射线采样过程,实现自适应采样。(3)指数雾光照模型合成效应:当前合成过程采用线性积分过程,为持续等比合成,会导致合成结果在达到某个临界值时消失,不符合当人眼视觉规律。解决当前临界值问题的关键在趋近临界值但不超越临界值,在合成过程中引入指数函数来模拟当前视点的人眼观察模式,优化合成效果。(4)阴影合成:当前体绘制合成过程只采用光照吸收和发射效应合成体素,缺乏高精度光线传输模型,为优化当前绘制质感,在合成过程中结合现有光照模型,加入散射阴影模型,对每个采样点进行光源方向阴影积分,求取盒内采样点介质密度,计算采样点实时光照阴影。(5)空间标量数据可视化系统:当前气象数据分析方法广泛应用于国家、省市各级气象部门的预报、信息、公共服务等业务中,但常规气象分析方法以二维形式居多,无法同时表现地表、低空与高空的多层气象要素分布,同时不能体现气象要素分布和运动趋势在空间、时间上的相关性。如何进行三维空间标量数据分析和模拟当前地理环境,并同时满足数据分析效果和实时生成效率,成为当前气象数据分析与可视化的一个趋势。为了验证当前体绘制效果,实验使用切片数据集和三维标量数据集,以东亚地区“天鸽”台风阶段性雷达回波为数据源,进行可视化效率分析和效果展示,并设计基于三维空间标量数据的可视化系统。系统实现体绘制的分类方法和气象领域数据分类标准相结合的绘制方法,配合视角控制、数据切片等一些辅助功能,验证当前算法的高效实用性,并为气象数据的三维可视化提供很好的平台。