现如今,体系纷繁数量庞大的海洋科学数据给海洋环境、海洋气象、海洋预测,甚至海洋军事等方面的研究提供了强有力的支撑。在这之中种类繁多,结构多样的海洋环境要素数据起着至关重要的作用,如何对这些数据进行处理分析和研究是一个值得关注的课题。结合可视化技术来实现这一目标则能够更直观地描述海洋环境的具体信息,模拟海洋环境和变换过程。本文基于“全球高分辨率海洋再分析产品应用示范”课题项目中的海洋环境数据可视化要求,研究了多种维度多种类型的海洋环境要素数据的可视化技术,并利用GPU图形处理器对绘制过程进行加速,针对算法的不足进行优化,设计开发了海洋再分析产品的多维可视化系统。首先,介绍了课题研究的目的和意义以及国内外不同维度可视化技术的研究现状和海洋可视化软件发展现状,并对多种维度的可视化算法进行分析和总结,选定课题主要研究的二维标量、二维矢量和三维标量可视化算法。然后,重点阐述了二维标量的基于矩形网格的等值线生成算法、二维矢量的LIC算法和三维标量的三维纹理映射体绘制算法这三种算法,并依据GPU架构,对算法流程进行并行化重构和迁移,利用GPU的高速计算功能对算法进行加速优化。同时,重点对二维矢量和三维标量的可视化算法进行改进。对于LIC纹理增强算法,在通过高通滤波对卷积后的纹理进行增强这一步骤中,通过建立局部的采样步长和矢量角度间的映射关系代替原始算法选择固定采样步长的方式来降低纹理发生走样的现象,提升了矢量场可视化质量;对于三维纹理映射体绘制算法,通过采样重积分的方法计算每两个采样点间线段上的颜色值以及不透明度以此来消除传统算法中只计算单独采样点值所造成的伪影现象这一图像瑕疵。另一方面,通过八叉树法对体数据进行划分生成子数据块,当遍历子数据块时,跳过包含无效体素的空子块,只对有效子块进行操作,以此来降低计算量,加快绘制效率。最后,为了丰富全球海洋环境要素可视化的功能,提出了基于OSG的2.5维空间曲面可视化方法,通过对全球海洋再分析产品数据进行坐标变换和颜色映射,绘制了海洋环境要素全球分布的可视化效果图。再基于之前对多维度可视化算法的研究,对多维海洋环境要素可视化和全球海洋环境要素可视化这两个功能模块进行集成,加上提高体验效果的人机交互等功能,以此设计和实现了海洋环境要素多维可视化系统。