海洋在政治、经济、军事等领域扮演着日益重要的角色,对海洋规律的掌握程度将直接影响经济实力与综合国力的发展。作为海洋规律的外在表现,海洋环境信息成为当前国内外的研究热点。海洋环境信息常以数据场的形式呈现,如何从海洋环境数据场中快速、准确地发现并掌握规律,是充分了解海洋、利用海洋的关键因素。对海洋环境数据场的三维可视化,能够实现对抽象数据的直观分析,更好地激发人们的形象思维,凸显出研究对象的内涵与本质。因此,对海洋环境数据场进行有效的三维可视化,对研究海洋、了解海洋具有重要意义。论文围绕海洋环境数据场三维可视化的若干关键技术展开研究,从海洋环境数据场的数据分类、数据建模和快速绘制等三个方面,针对存在的问题,提出了有效的解决思路与方法。论文主要工作如下:(1)在数据分类方面,研究面向海洋环境数据场的有效聚类方法,提出了基于阈值曲面的海洋环境数据场聚类算法,实现了重要区域的分类提取。算法采用变换域下的模糊聚类方法实现海洋环境数据场聚类,首先基于海洋环境数据场的统计特征将原始数据映射为特征空间中的点集,实现了特征的抽取与数据降维;然后利用高斯核函数生成特征空间中点集的阈值曲面,分离出受噪声污染严重的数据点,抑制了噪声对聚类的影响;最后结合阈值曲面的起伏特性,引入FCM算法实现了海洋环境数据场的有效聚类。(2)在数据建模方面,研究面向体绘制的空间分割建模方法,提出了基于体素梯度的非均匀空间分割算法,构建了数据场非均匀空间分割模型,并基于此实现了光线投射计算。算法首先计算数据场中的体素梯度,构造梯度直方图,并通过该直方图获得梯度阈值组;然后根据梯度阈值组,对数据场进行由下而上的区域合并,从而得到数据场的非均匀空间分割模型;最后以该模型为基础,实现了光线投射计算。(3)在快速绘制方面,研究基于并行计算架构的快速绘制方法,提出了基于CPU+GPU架构的光线投射快速算法,实现了海量数据场的快速体绘制。在对非均匀空间分割光线投射算法并行化分析的基础上,分别在预处理及光线投射阶段,将其中计算密集的部分转移到GPU中,依托GPU硬件实现并行计算,从而较大幅度提高了体绘制效率。