Henning Wenke:
Earth Weather 3D - Visualisierung und Animation dynamisch bestimmter Teilmengen von Wetterdaten auf Webseiten mit OpenGL
Die Arbeit als PDF
Betreuer: Dr. Ralf Kunze, Prof. Dr. Oliver Vornberger
Zweitgutachter: Dr. Ralf Kunze
Beispiel-Anwendung
Wer kennt nicht Google Earth
, das Programm, mit dem Sattelitenbilder der Erdoberfläche im Internet auf eindrucksvolle Weise angezeigt werden können? Es ist dabei sowohl die Betrachtung der gesamten Erde, als auch von Ausschnitten aus einem beliebigen Winkel möglich. Bewegt sich die Kamera näher an die Erde, wird diese mit immer detaillierteren Oberflächentexturen versehen, welche dynamisch über das Netz nachgeladen werden. Dabei erleichtert gerade die räumliche Darstellung dem Betrachter die Orientierung und damit auch die Navigation.
Für meine im März 2005 fertiggestellte
Bachelor-Arbeit
ist ein Programm entstanden, welches
orts- und zeitabhängige Klimasimulationsdaten (Temperatur, Bewölkungsdichte und Windrichtung) in Echtzeit einlesen und auf eine Erdkugel projiziert darstellen kann.
Nun war es meine Idee, diese beiden Ansätze zu kombinieren und ein Programm zu erstellen, welches wie Google Earth die benötigten Daten übers Netz nachladen kann und zusätzlich um die zeitliche Dimension erweitert wird. Es handelt sich dabei um ein Java-Applet, das mithilfe von JOGL die OpenGL API zum effizienten Rendern von 3D-Grafik nutzt.
Die aktuell verwendeten Wetterdaten stammen von Raymarine.com und liegen im Grib-File Format vor. Sie liefern eine dreitägige Wettervorhersage und werden täglich aktualisiert. Einzelne Grib-Files überdecken zumeist nur Teile der Erdoberfläche (etwa Europa) und müssen geeignet kombiniert dargestellt werden, um den Großteil der Erdoberfläche abzudecken. Dabei ist zu beachten, dass einzelne Grib-Files sich auch schneiden können.
Das zentrale Problem der Arbeit liegt in der begrenzten Bandbreite, mit der die Daten nachgeladen werden können.
Zur folglich wünschenswerten Minimierung der zu ladenden Datenmenge kommen im Wesentlichen die beiden folgenden Mechanismen zum Einsatz:
- Aktualisierung ausschließlich von sichtbaren Bereichen der Erdoberfläche, insbesondere nicht von Gebieten
- Auf der Rückseite der Erdkugel
- Die durch andere Datensätze verdeckt sind
- Außerhalb des Zoomfensters
- Auswahl der Daten in einer in Abhängigkeit von der Zoomstufe optimalen Auflösung
Der Ansatz ermöglicht es, die Menge der zu übermittelnden Daten etwa konstant zu halten,
indem diese in einer Dichte angefordert werden, die umgekehrt proportional zur Größe des sichtbaren Bereichs ist.
Folglich resultiert eine höhere Maximalauflösung auf dem Server nicht in einer gestiegenen Beanspruchung der Bandbreite, sondern ermöglicht weitere Zoomstufen. Die erfolgreiche Implementation eines effizienten Lademechanismusses ist die wichtigste Voraussetzung für ein Gelingen des Projekts, da sonst eine ausreichend performante Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Wetters unmöglich wäre. Denn nur so lässt sich die Dynamik des Klimas auf äußerst eindrucksvolle Weise vermitteln.
Email: hwenke@uos.de
Weitere Informationen: [ Medieninformatik | Informatik | Universität Osnabrück ]
