項(xiàng)目簡(jiǎn)介
《海鏡》為我公司依據(jù)當(dāng)前國(guó)家基礎(chǔ)科研軟件現(xiàn)狀，自主立項(xiàng)研發(fā)的一款海洋環(huán)境數(shù)據(jù)處理分析可編輯低代碼基礎(chǔ)軟件。隨著我國(guó)海洋事業(yè)飛速發(fā)展和國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，海鏡項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，在為MATLAB國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程增磚添瓦的同時(shí)，也將用于蓬勃發(fā)展的智慧海洋領(lǐng)域的信息化開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，為不斷拓展的海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息提供保障，為日益多元、立體的海洋數(shù)字化信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供助力和支撐。
項(xiàng)目來(lái)源及背景
MATLAB是一款美國(guó)MathWorks公司出品用于數(shù)據(jù)分析、圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)等領(lǐng)域的商業(yè)軟件，深受各大高校的理工科學(xué)生的依賴。
然而，中美貿(mào)易摩擦愈演愈烈，美國(guó)基于自身高端產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展采取一系列打壓政策，MATLAB在中國(guó)很多高校被禁用，這對(duì)于我國(guó)學(xué)術(shù)領(lǐng)域造成了不小的影響，也成為了高校教學(xué)的一大“卡脖子”問(wèn)題。
公司研發(fā)這款軟件的背景或者說(shuō)要解決的痛點(diǎn)問(wèn)題就是緩解國(guó)外相關(guān)工業(yè)設(shè)計(jì)軟件對(duì)我們的“卡脖子”狀況。自中美貿(mào)易戰(zhàn)以來(lái)，美國(guó)基于自身高端產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)及競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展采取一系列打壓政策，像FIGMA、MATLAB、AUTOCAD等一些工業(yè)設(shè)計(jì)軟件對(duì)在美國(guó)商務(wù)部實(shí)體清單里的中國(guó)很多科研院所及核心國(guó)企實(shí)行禁用或者有條件使用，以此打壓我們的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。我們公司這幾年與軍工科研院所及軍方項(xiàng)目合作的過(guò)程中，迫切的感受到對(duì)像MATLAB這樣的計(jì)算仿真基礎(chǔ)類軟件以及海洋環(huán)境仿真功能模塊的巨大需求，我們迫切的需要研發(fā)自己的產(chǎn)品來(lái)替代國(guó)外軟件，海鏡項(xiàng)目就是在這個(gè)大背景下開(kāi)始研發(fā)的。
項(xiàng)目?jī)?nèi)容
《海鏡-海洋信息數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室》，是我公司自主研發(fā)的一款軟件，集科學(xué)計(jì)算能力、數(shù)據(jù)分析能力和圖形仿真建模能力于一體，將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多功能集合在一起，同時(shí)將強(qiáng)大計(jì)算能力與海洋地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，使用戶可以更加快捷直觀地提取、分析和預(yù)報(bào)各類海洋現(xiàn)象及海洋物理場(chǎng)時(shí)空變化特征等信息。
技術(shù)原理：海鏡項(xiàng)目瞄準(zhǔn)MATLAB的國(guó)產(chǎn)化替代，其底層核心采用C++語(yǔ)言結(jié)合當(dāng)前CPU和GPU的多核并行能力從底層編寫、整理和優(yōu)化各類高效的科學(xué)計(jì)算函數(shù)和以及科學(xué)計(jì)算可視化函數(shù)，在此基礎(chǔ)上集成OSG和開(kāi)源軟件，實(shí)現(xiàn)MATLAB相似的科學(xué)計(jì)算能力、數(shù)據(jù)分析能力和圖形仿真建模能力，特別是其中針對(duì)海洋環(huán)境處理預(yù)報(bào)的海洋環(huán)境工具箱使其具備業(yè)務(wù)級(jí)處理能力。
研發(fā)策略：海鏡項(xiàng)目基于c++語(yǔ)言強(qiáng)大的底層編寫能力構(gòu)建底層程序框架，并在腳本編輯器中實(shí)現(xiàn)M文件編輯、編譯。
產(chǎn)品開(kāi)發(fā)：民用方向，用戶面廣泛，主要面向：科研院所、高校、涉海行業(yè)用戶，一方面滿足對(duì)MATLAB基礎(chǔ)功能的巨大需求，另一方面海鏡的海洋仿真模塊將促進(jìn)海洋數(shù)字化的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)字化海洋信息低代碼編程仿真和預(yù)報(bào)。
軍事方向，可廣泛運(yùn)用于軍隊(duì)指揮員、參謀人員快速構(gòu)建作戰(zhàn)想定、研討指揮決策、開(kāi)展謀略對(duì)抗訓(xùn)練、研究創(chuàng)新作戰(zhàn)理論等領(lǐng)域，滿足軍事仿真人員在裝備論證、檢驗(yàn)驗(yàn)證以及作戰(zhàn)效能評(píng)估等方面的需求。
《海鏡》作為MATLAB的國(guó)產(chǎn)替代品，除了具備MATLAB的計(jì)算編譯調(diào)試基本功能外，還能通過(guò)地理信息數(shù)據(jù)與三維數(shù)字化地球無(wú)縫銜接，同時(shí)具備專業(yè)的NetCDF交互處理模塊、水下聲場(chǎng)傳播預(yù)報(bào)模塊、海洋環(huán)境數(shù)據(jù)同化預(yù)報(bào)模塊等，該產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于大多數(shù)科研院所、涉海企業(yè)、高校、國(guó)企等單位。
創(chuàng)新性
（1）應(yīng)用當(dāng)前的多核并行計(jì)算技術(shù)（CUDA和TTP），實(shí)現(xiàn)對(duì)大參數(shù)矩陣運(yùn)算核心函數(shù)并行改進(jìn)和優(yōu)化處理。
（2）應(yīng)用最新的計(jì)算機(jī)圖像可視化技術(shù)和仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模三維和四維時(shí)變數(shù)據(jù)場(chǎng)快讀特征提取和實(shí)時(shí)可視化。
（3）與海洋數(shù)字化地球相結(jié)合，給數(shù)據(jù)以位置信息，給位置以數(shù)據(jù)服務(wù)，同時(shí)編寫、封裝、集成了大量海洋動(dòng)力學(xué)以及水下聲學(xué)函數(shù)和工具包，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)字化海洋信息的低代碼編程仿真和預(yù)報(bào)。
（4）基于海洋環(huán)境信息數(shù)據(jù)與其自身計(jì)算能力的交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的快速推演和預(yù)報(bào)。
主要功能及特點(diǎn)
（1）運(yùn)算及繪圖

與MATLAB類似的矩陣運(yùn)算和基本函數(shù)使用，并進(jìn)行函數(shù)圖像的繪制，可進(jìn)行：plot繪制、scatter繪制、pie函數(shù)繪制、image繪制、surf繪制，并線上對(duì)應(yīng)的變量值。

（2）可直接調(diào)用M格式文件

與M文件的無(wú)縫銜接及三維地球的交互性功能是《海鏡》與其他同類產(chǎn)品的最大區(qū)別，也是其最大的優(yōu)勢(shì)。其他國(guó)產(chǎn)MATLAB替代品無(wú)法直接打開(kāi)M文件，這對(duì)用戶體驗(yàn)是很大的影響。可直接打開(kāi)M文件進(jìn)行調(diào)用，這點(diǎn)上《海鏡》與MATLAB是一樣的。
（3）與三維地球結(jié)合

(4)NETCDF文件處理模塊

（5）聲場(chǎng)計(jì)算

基于GPU的聲場(chǎng)并行計(jì)算方法以及可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維海洋環(huán)境中水下聲傳播模型的近實(shí)時(shí)快速解算和可視化展示，展現(xiàn)完整聲場(chǎng)剖面和聲線軌跡。