LIC纹理中可视矢量大小的方法

线积分卷积 (LinearIntegralConvolution ,LIC)纹理很好地可视了 2D矢量场的方向信息 ,本文提出了两种在LIC纹理中同时可视矢量大小的方法 :多粒度LIC和图像混合。多粒度LIC利用纹理粒度可视矢量大小 ,采用变宽度的邻域平均 ,快速、方便地合成多粒度噪声 ,然后 ,利用滤波器长可变的FLIC快速计算。图像混合技术将LIC纹理和矢量大小的映射图像混合 ,同时可视大小和方向 ,讨论了多种矢量大小的映射方法和硬件支持的图像混合技术。对于实际的矢量场 ,上述两种方法取得了很好的可视效果。     

二维LIC矢量场可视化算法的研究及改进

线积分卷积(LIC)是一种针对矢量场的可视化方法.针对二维空间上的LIC算法进行了研究并提出了改进.首先,针对某些二维矢量场在用户关注区域矢量大小比较接近的问题,采用非线性的颜色映射法进行处理,最终的可视化结果可以突出用户感兴趣区域的矢量场特征.其次,从原始LIC算法的串行计算任务中提取出4个可以并行计算的子模块,并依托NVIDIA的CUDA架构实现了颜色增强LIC法的硬件加速.结果表明,加速后算法的加速比随着输入矢量场分辨率的增加而增加.因此,该算法适用于高分辨率二维矢量场的交互式可视化,且没有特别高的硬件要求,通用性较好.总之,新的算法较原始算法在视觉效果和性能上都有所改进.     

飞行器表面矢量场数据动态纹理可视化方法

面向飞行器表面流场数据可视化的应用需求,提出一种基于线性卷积（LIC）及纹理平流（IBFVS）相结合的动态纹理可视化方法。算法通过将IBFVS方法的背景随机噪声替换为LIC纹理方式,结合了LIC纹理结果对比度高及IBFVS方法生成速度快的优势;针对LIC绘制速度慢的不足,利用GPU对曲面矢量场投影并插值,生成规则矢量数据场;用GPU对LIC部分进行并行加速,有效提高了LIC纹理图像产生速度;将LIC结果图像加入到IBFVS进行平流,生成纹理图像,最后加入颜色映射,丰富流场信息。实验结果表明,该方法生成的飞行器表面动态纹理图像对比度高,清晰度强,实时绘制性能好。     

基于流线纹理合成的2D矢量场可视化

针对科学试验数据可视化问题,提出了一种2D矢量场可视化的方法－流线纹理合成方法,即通过将1D纹理映射到流线上,再利用流线纹理来合成可视化图象,因为移动1D纹理很容易形成矢量场动画。该方法是利用局部区域内流线的近似平行性,首先依据临界点来设定流线宽度,然后把流线绘制成多条平行流线,再分别将多条不同的1D纹理映射到流线上,从而能够加快计算。实际结果表明,由于流线纹理合成的纹理图象上清楚地显示了流线,因而反映了矢量场的方向信息,同时,该方法计算速度快,可以达到交互可视化的要求。     

二维和三维矢量场的可视化

矢量场可视化用来帮助人们直观理解二维和三维矢量场。由于目前的矢量场可视化方法只能展示二维矢量场的方向而不能展示强度,并且对于三维矢量场可视化的效果不太令人满意,因此本文提出了用线积分卷积来实现二维平面矢量场可视化,以及三维空间矢量场可视化的方法。对于线积分卷积中的流线跟踪,利用扩展的Bresenham画线算法的思想,实现了二维平面和三维空间流线的跟踪,并且通过建立一个二维表和三维表来分别存储二维平面矢量场和三维空间矢量场中每个点在流线中的上一个点和下一点的位置,来避免传统流线跟踪方法的冗余计算,提高了效率。对于二维平面矢量场,把线积分卷积的结果和矢量的强度进行加权平均,从而利用输出图像的纹理和颜色,共同来表现矢量场的方向和强度。对于三维空间矢量场,利用体线积分卷积（Volume Line Integral Convolution, Volume LIC）的方法来得到输出体纹理,并且用光线投射的体渲染方法来展示三维空间矢量场。结果显示出本文的方法能够清晰直观的看到二维平面矢量场和三维空间矢量场。     

基于GPU加速的3D矢量场改进VolumeLIC绘制技术

纹理绘制技术通过纹理线条和颜色变化能够细致且生动地表现2D矢量场的速度、方向以及数据相关性等特征信息,但扩展到3D矢量场空间时,由于3D矢量场本身的空间特性容易造成纹理单元之间产生严重的视线遮挡问题,影响研究人员对矢量场内部固有属性特征的观察和分析.针对此问题,提出一种基于GPU加速实现的稀疏噪声纹理生成的改进3D矢量场Volume LIC绘制技术.在噪声生成部分,基于泊松盘分布以避免噪声点间的相互遮挡,采用Hilbert空间填充线遍历减少生成噪声点的规律性和人工痕迹,并通过高斯滤波核滤除高频区域生成稀疏高斯噪声.整个算法采用GPU+GLSL硬件加速机制,在噪声纹理采样时,利用GPU顶点颜色线性插值功能和片元计算方法有效地加速LIC纹理生成过程,并将卷积噪声和矢量场数据作为纹理传入GPU;采用光线投射算法实现LIC纹理的3D绘制显示,并通过光线提前终止技术和空白空间跳跃技术有效提升绘制效率;同时提供多种有效的交互分析手段查看流场内部特征.实验结果表明,该方法生成的3D纹理图像清晰、绘制效率高,能够有效地缓解3D复杂矢量场卷积数据过多引起的遮挡与混乱现象,具备良好的可视化效果.     

着色噪声的LIC算法

LIC方法是用于矢量数据可视化的一种纹理合成方法，该文中提出着色噪声的LIC方法CLIC，按照速度矢量的方向对传统LIC方法中使用的白色噪声进行着色，生成的图象中可以区分不同的运动方向，这一方法应用在爆炸场数值模拟，可以清晰地展示爆炸场的复杂的流场特征。     

基于多频稀疏噪声的流场运动方向可视化算法

针对现有流场可视化算法存在的矢量场运动指向二义性以及缺乏对矢量场速率区分等问题进行了研究,提出了一种基于多频稀疏噪声纹理的改进线积分卷积算法,用来提高流场可视化后的信息表达效果。该方法首先根据矢量场速率量级的大小划分频率不同的噪声群,并合成适用于该向量场的特定多频噪声纹理;然后使用斜坡卷积核根据向量场流线对噪声纹理进行卷积;最后生成一幅同时具有矢量场运动方向和运动速率信息的彩色图像。实验结果表明,该方法可以增强用户对流场流量大小和矢量场方向的感知效果,在大规模风场数据可视化的验证实验上取得了良好的可视化效果。     

基于冷暖光照模型的矢量场稀疏纹理绘制

针对传统三维矢量场纹理映射方法中矢量场方向信息表现不明确的问题,在经典冷暖光照模型基础上,提出了基于冷暖源的渐变光照模型和基于噪声中心的冷暖光照模型.首先应用Halton序列和Gauss滤波生成稀疏噪声,然后引入冷暖源、距离因子等概念,分别通过距离因子控制和基于纹理片元噪声变化的规律,实现了由纹理冷暖色温的变化来清晰地反映矢量场方向信息.实验结果表明,文中提出的2种光照模型均能够通过冷暖色温的变化清晰地从整体和局部两个方面反映出矢量场方向信息,有效地提高了可视化的表现效果.     

一种流体艺术风格的自适应LIC绘制方法

把LIC算法应用到非真实感绘制中,提出一种自适应流体艺术图的LIC绘制方法.对源图像亮度分量计算切矢量场,然后对其进行增强、平滑处理获得结构矢量场;通过随机扰动源图像获得纹理参考图像;根据结构矢量场和纹理参考图像的局部特征产生可变的LIC积分步长和步数,自适应地处理纹理参考图像;最后对绘制效果进行颜色渲染,生成具有丰富颜色特征的流体艺术图.实验表明,该方法能够较好地模拟诸如梵高画的流体艺术风格,呈现生动、灵活的波动感.     

基于纹理的增强型3D流场绘制

提出一种基于纹理的增强型3D矢量场可视化算法,可显著地改善传统纹理法的绘制质量.首先通过对3D纹理的线性卷积运算生成具有空间相关性的卷积纹理;然后对卷积纹理进行高通滤波,以增加流面内流线之间强度的对比;最后通过体绘制方式展示3D卷积纹理.借助权重区域,该算法可以显示用户感兴趣区域或特征区域,避免卷积数据过多引起的紊乱及相互遮挡.     

A new line integral convolution algorithm for visualizingtime-varying flow fields

New challenges on vector field visualization emerge as time dependent numerical simulations become ubiquitous in the field of computational fluid dynamics (CFD). To visualize data generated from these simulations, traditional techniques, such as displaying particle traces, can only reveal flow phenomena in preselected local regions and thus, are unable to track the evolution of global flow features over time. The paper presents an algorithm, called UFLIC (Unsteady Flow LIC), to visualize vector data in unsteady flow fields. Our algorithm extends a texture synthesis technique, called Line Integral Convolution (LIC), by devising a new convolution algorithm that uses a time-accurate value scattering scheme to model the texture advection. In addition, our algorithm maintains the coherence of the flow animation by successively updating the convolution results over time. Furthermore, we propose a parallel UFLIC algorithm that can achieve high load balancing for multiprocessor computers with shared memory architecture. We demonstrate the effectiveness of our new algorithm by presenting image snapshots from several CFD case studies     

Visualization of vector fields using seed LIC and volume rendering

Line integral convolution (LIC) is a powerful texture-based technique for visualizing vector fields. Due to the high computational expense of generating 3D textures and the difficulties of effectively displaying the result, LIC has most commonly been used to depict vector fields in 2D or over a surface in 3D. We propose new methods for more effective volume visualization of three-dimensional vector fields using LIC: 1) we present a fast method for computing volume LIC textures that exploits the sparsity of the input texture. 2) We propose the use of a shading technique, called limb darkening, to reveal the depth relations among the field lines. The shading effect is obtained simply by using appropriate transfer functions and, therefore, avoids using expensive shading techniques. 3) We demonstrate how two-field visualization techniques can be used to enhance the visual information describing a vector field. The volume LIC textures are rendered using texture-based rendering techniques, which allows interactive exploration of a vector field.     

Parallel line integral convolution

Line integral convolution (LIC) is a powerful method for computing directional textures from vector data. LIC textures can be animated, yielding the effect of flowing motion. Both, static images and animation sequences are of great significance in scientific visualization. Although an efficient algorithm for computing static LIC textures is known, the generation of animation sequences still requires a considerable amount of computing time. In this paper we propose an algorithm for computing animation sequences on a massively parallel distributed memory computer. With this technique it becomes possible to utilise animated LIC for interactive vector field visualization. To take advantage of the strong temporal coherence between different frames, parallelization is performed in image space rather than in time. Image space coherence is exploited using a flexible update and communication scheme. In addition algorithmic improvements on LIC are proposed that can be applied to parallel and sequential algorithms as well.     

基于线积分卷积算法的并行实现方法

线积分卷积（LIC）是矢量场可视化中一个强有力的工具。但其计算量过大、耗时过多,影响了它的应用。根据LIC算法的特点,提出了LIC算法的并行实现方法。由于流线跟踪和卷积计算的独立性,只需把输出图像以像素点为单位平均分配给各处理器节点进行计算。从进程之间没有通信,仅当从进程开始计算前和计算结束后,在主进程与从进程之间有数据传递,通信开销很小。最后应用MPI在Linux集群环境下实现了该算法,实验结果表明,该方法具有较高的并行度和加速比。