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Automated Ocean Current Visualization Pipeline Using Linux and MATLAB

访客 技术 2026年9月10日 10

This workflow demonstrates a reproducible pipeline for generating time-series animated visualizations of ocean surface currents, leveraging Linux command-line tools and MATLAB scripting. The process spans data preprocessing, georeferenced quiver plotting, frame annotation, and video synthesis.

Data Extraction and Preparation

NetCDF files containing 3D current fields are subset to surface layer (siglay=1) and essential variables using ncks. A Bash loop handles batch processing with zero-padded identifiers:

for idx in {1..30}; do
    padded=$(printf "%04d" "$idx")
    ncks -C -v lonc,latc,u,v,Times -F -d siglay,1 "superior_${padded}.nc" "current/cur_${padded}.nc"
done

Geospatial Plotting in MATLAB

A MATLAB script renders each time step as a high-resolution PNG:

  • Loads Google Maps satellite imagery as a static background (cached once via plot_google_map).
  • Filters model output to a target bounding box (target_axis = [-90 -87 46.7 48.2]).
  • Applies magnitude clipping (±0.2 m/s) and spatial subsampling for clarity.
  • Overlays velocity vectors scaled by 0.5, adds timestamp, scale bar, and branding.

Key snippet (simplified):

% Load and subset data
load_nc(['cur_', sprintf('%.4d', day_num), '.nc']);
mask = (lonc > -90) & (lonc < -87) & (latc > 46.7) & (latc < 48.2);
xlon = lonc(mask) - 360; xlat = latc(mask);
u_sub = squeeze(u(:,:,mask)); v_sub = squeeze(v(:,:,mask));

% Clip extremes and plot
u_sub = max(min(u_sub, 0.2), -0.2);
v_sub = max(min(v_sub, 0.2), -0.2);

figure('Visible','off');
openfig('fig_google_map_png_superior.fig');
quiver(xlon, xlat, u_sub(t,:) * 0.5, v_sub(t,:) * 0.5, 'Color','m');
title(sprintf('Lake Superior — %s UTC', Times(t,1:19)));
saveas(gcf, sprintf('frames/day%.3d_h%.2d.png', day_num, t));

Video Assembly with FFmpeg

Daily animations are built from annotated frames:

  1. Logo overlay using composite (ImageMagick) with precise pixel offsets.
  2. Encoding with ffmpeg at 3 FPS, 1980×1980 resolution, H.264 High Profile, CRF 23.
for day in {213..243}; do
    date_str=$(date -d "2023-01-01 +$((day-1)) days" +%Y-%m-%d)
    out_dir="fig_uv_5m_avg_zoomIn_daily/${date_str}"
    mkdir -p "$out_dir"

    # Annotate frames
    for hour in $(seq -w 1 24); do
        composite -blend 100 -geometry +152+698 \
            logo_tmp.png "frames/day$(printf "%03d" $day)_h${hour}.png" \
            "${out_dir}/labeled_${hour}.png"
    done

    # Encode daily movie
    ffmpeg -framerate 3 -i "${out_dir}/labeled_%02d.png" \
           -s:v 1980x1980 -c:v libx264 -profile:v high -crf 23 \
           -pix_fmt yuv420p -r 30 "${out_dir}/current_${date_str}.mp4"
done

Multi-Day Compilation

To concatenate daily videos into a continuous sequence, generate a concat list and use FFmpeg’s concat demuxer:

# Build list
for day in {213..214}; do
    d=$(date -d "2023-01-01 +$((day-1)) days" +%Y-%m-%d)
    echo "file current_${d}.mp4"
done > video_list.txt

# Merge without re-encoding
ffmpeg -f concat -safe 0 -i video_list.txt -c copy final_current_sequence.mp4

For direct image-to-video conversion (e.g., when frames are pre-rendered), use:

ffmpeg -framerate 3 -i "frames/cur_day%03d_h%02d.png" \
       -s:v 1980x1980 -c:v libx264 -crf 23 -pix_fmt yuv420p \
       -r 30 lake_superior_currents.mp4

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