基于單元相關(guān)性與幾何形狀的流場(chǎng)數(shù)據(jù)可視化方法及其應(yīng)用.pdf

1、本文在對(duì)科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，將它們應(yīng)用于流場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析處理之中。結(jié)合流場(chǎng)數(shù)據(jù)中物理量的屬性，采用了標(biāo)量可視化技術(shù)和矢量可視化技術(shù)分別進(jìn)行可視化分析處理。在運(yùn)用標(biāo)量可視化技術(shù)的過程中，分析了傳統(tǒng)等值線提取的網(wǎng)格序列法，在此基礎(chǔ)上提出了基于三角網(wǎng)格的等值線提?。煌瑫r(shí)為了幫助分析三維流場(chǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)之間的特性，提出了采用任意平面對(duì)數(shù)據(jù)體空間進(jìn)行剖切，以獲取任意剖面數(shù)據(jù)云圖顯示來反映數(shù)據(jù)體空間內(nèi)部規(guī)律的方法；對(duì)于流場(chǎng)等值面提取，

2、在分析研究了Marching Cubes算法的基礎(chǔ)上，針對(duì)該算法中沒有利用相鄰單元體之間共享信息的缺點(diǎn)，提出了基于單元邊相關(guān)性和閾值映射的等值面加速提取算法。在運(yùn)用矢量可視化技術(shù)的過程中，采用了基于幾何形狀的方法來進(jìn)行可視化。針對(duì)點(diǎn)圖標(biāo)映射中的缺陷，提出了相關(guān)的改進(jìn)措施并實(shí)現(xiàn)了流場(chǎng)矢量數(shù)據(jù)的箭頭映射、矢量數(shù)據(jù)的流線提取方法。最后，應(yīng)用本文中提到的若干可視化技術(shù)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際開發(fā)了流場(chǎng)數(shù)據(jù)處理可視化系統(tǒng)，并通過應(yīng)用數(shù)據(jù)實(shí)例測(cè)試了軟件的有效

3、性和正確性。 全文的組織結(jié)構(gòu)： 第一章，首先介紹了科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上將科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)引入到流場(chǎng)數(shù)據(jù)的研究中來；論述了流場(chǎng)可視化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷以及流場(chǎng)可視化技術(shù)的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了流場(chǎng)可視化的一些研究成果；最后闡述了本文的研究?jī)?nèi)容及總體框架。 第二章，從可視化數(shù)據(jù)獲取的角度出發(fā)，簡(jiǎn)單介紹了流場(chǎng)數(shù)據(jù)的網(wǎng)格類型、流場(chǎng)數(shù)據(jù)的預(yù)處理以及計(jì)算機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和獲取方法。在此基礎(chǔ)上針對(duì)本文的研究介紹

4、了應(yīng)用系統(tǒng)中標(biāo)量數(shù)據(jù)(如溫度、壓力)的格式以及矢量數(shù)據(jù)(如速度)的格式。 第三章，采用了等值線和云圖的方法對(duì)流場(chǎng)中的標(biāo)量數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化。結(jié)合網(wǎng)格序列法提取等值線的思想，將矩形網(wǎng)格內(nèi)等值線提取轉(zhuǎn)換成三角形內(nèi)等值線的提取，解決了等值線二義性問題。提出了采用任意平面對(duì)數(shù)據(jù)體空間進(jìn)行剖切，以獲取任意剖面數(shù)據(jù)云圖顯示來反映數(shù)據(jù)體空間內(nèi)部規(guī)律的方法，該算法不僅可以快速地生成空間實(shí)體任意剖面上的等值線和云圖，而且還可以細(xì)化剖面上數(shù)據(jù)，更加準(zhǔn)確

5、地表達(dá)實(shí)體內(nèi)部數(shù)據(jù)之間的分布。 第四章，采用了提取等值面的方法對(duì)流場(chǎng)中的標(biāo)量數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化。在分析研究了Marching Cubes算法的基礎(chǔ)上，針對(duì)該算法中沒有利用相鄰單元體之間共享信息的缺點(diǎn)，提出了基于單元邊相關(guān)性和閾值映射的等值面加速算法及相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。單元相關(guān)性利用了單元的一邊可能被多個(gè)單元所共用的特點(diǎn)，從而減少等值面提取過程中重復(fù)計(jì)算。閾值映射則是利用單個(gè)單元8個(gè)頂點(diǎn)的物理量區(qū)域與整個(gè)數(shù)據(jù)體物理量值區(qū)域之間的關(guān)系，提

6、高了空間數(shù)據(jù)的遍歷速度，減少了邊界體素的搜索時(shí)間。 第五章，采用了基于幾何形狀的映射方法對(duì)流場(chǎng)中的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化。分析了幾何形狀中點(diǎn)圖標(biāo)方法的原理和缺陷，提出了解決點(diǎn)圖標(biāo)可能造成的圖像混亂的兩種方法，并采用OpenGL實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)圖標(biāo)的映射繪制。同時(shí)采用了基于多種數(shù)值積分方法的流線生成技術(shù)對(duì)流場(chǎng)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行流線的提取。 第六章，在對(duì)本文上述章節(jié)中提到的可視化方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合面向?qū)ο蠹夹g(shù)、可視化技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖