可视化之EarthNullSchool

Earth NullSchool。

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      这个网站的特色是风向图，之前有一篇可视化之风向图，曾经提到过这个网站，也详细介绍了风向图的技术实现原理。今天针对这个网站，再详细的介绍一下。同样，在公众号中回复“worldwind”，会提供该网站的源码Demo。

      如上是该网站的一个动图效果，有兴趣的可以访问网站了解一个大概。作者在github上公布了自己的源码(和网站代码略有不同)，气象数据来自NCEP，记得上周介绍的AQICN美国数据也是来自该网站，查了一下，该组织应该算是美国的国家气象局：National Centers for Environmental Prediction。

      吸取上一篇的教训，直入主题。当然，想要了解风图原理的，可以看看之前写的可视化之风向图，需要对风图的数据和思路有一定了解，不然本文在理解上可能会有点吃力。

      如上是具体数据列表，Mode里显示支持Air(风图)，Ocean(洋流)，Chem(化学物)，Particulates(颗粒物)，Height指向不同高度，Overlay表示叠加图层，比如风图+温度，洋流+浪高等，Control为时间轴控件，比如历史数据。点击查看不同的数据效果，不难找到对应数据的url的规范。

      气象数据采用的是epak格式，二进制流，代码中提供了数据规范。如下是数据规范和对应的JSON属性：

      从converter属性，该数据来自netcdf，而这个格式在之前的Berkeley Earth中也提到过，而原始数据是grib形式，以我的理解，里面应该有一个grib2netcdf2epak的过程，都提供了对应的转换工具。至于为何绕圈，我搜索了一下大概，知道一个大概优劣，但貌似都不绝对，在此就不妄论了。

      对我个人而言，花时间最久的是如何以localhost方式获取该数据，因为它是HTTPS服务，做了Referer限制，对于我这个Java小白，绝对算得上是一个难题，不过反过来想，这不就是上天给我一个机会，让我学JavaWeb吗。花了不少时间，也请教了研发两位牛人，终于在Jetty+Servlet下实现了一个Java版的Proxy，是本次最有收获的地方，代码一并奉上，见笑。

      有了本地代理服务，对源码进行简单的修改，让其走代理，就实现了localhost的部署，两个参数:url和type。

      在地图初始化的时候，先构建了全球格网，是一个2：1的矩形，下面是经过投影后的球状格网效果，主要用于后续获取任意点在地球上的位置，进而获取对应的风速(X,Y)，该方法提供了临近插值和双线性插值两种方式，该过程封装在rectangularGrid函数中。

      接着，开始请求气象数据数据，解析过程封装在decodeEpak函数中：获取对应的JSON属性，全球风图是720*360大小，精度为0.5℃，每个点有X和Y两个分量，在X和Y方向的向量，米单位。

      万事俱备只欠东风——起风。这里有两点，第一，平移缩放时没有任何效果的，这是因为当bounds变化时，需要根据更新后的区域重新插值，计算量比较大，而插值的价值是精度上有保证，清晰，所以这是一个取舍。第二，不仅有一个风图，还有一个栅格底图，下图蓝绿色效果图，仔细看，和风的走势是吻合的，同时鼠标点击时，能获取对应位置的属性值。

      对风场向量的插值过程是在interpolateField方式中实现的，这里逻辑如下：1:创建当前窗口对应的掩膜，如上图，全部区域都是黑色(0,0,0,0)，只有地球对应的区域颜色为(255, 0, 0, 1) ；2随机生成风粒子，每一个粒子有五个属性，位置(XY),风速(UV)和生命周期(t)；3类似一条扫描线，遍历可视区域的每一像素点，通过掩膜判断是否在有效范围内，如果该点有效，则获取其对应的经纬度；4以全球网格为索引，获取该点对应的风场Field，保存到对应的向量场wind field，用于后面的风图效果；5根据风场的强度，对应颜色表设置当前点的颜色强度，保存到mask掩膜中，这样mask在更新时用来判断区域是否可见，更新后则用于显示地图效果，也算是一图两用。如上是初始化的核心部分，里面有很多小的细节，比如风向，在平面上，XY两个向量是直线，而在球面上，要调整为对应的经纬度，是曲线(distortion函数)。

      接着，每一帧根据风图的原理，实时更新：风粒子的当前位置，根据当前位置的风速获取下一帧的位置，数据更新(createField::field.move)后则开始渲染(animate.draw),这部分在风向图原理里面有很清楚的介绍，思路完全一致，这里只是把关键点和对应函数实现对应起来，关键还是要思路，如果有意愿不妨自己调试，便一目了然。