基于微分的增强型三维矢量场可视化

为提高3D矢量场可视化效果,提出了一种基于微分滤波的流线增强方法。首先对三维纹理进行线性卷积运算,生成具有空间相关性的卷积纹理;其次对卷积纹理进行分数阶微分滤波,增强流线之间强度对比;最后采用纹理映射体绘制技术实现三维矢量场可视化,并通过设计体绘制的传输函数来显示矢量场的内部结构。实验结果表明,该方法有效地增强了流线间的对比,使绘制的流线更加平滑,同时也有效地消除了卷积数据过多引起的紊乱与相互遮挡。     

一种新的VolumeLIC可视化方法

矢量场可视化是科学计算可视化中最具挑战性的研究课题之一,为了能在二维屏上直观显示三维矢量场,将基于纹理的LIC方法拓展到三维矢量场可视化,通过设计稀疏线噪声纹理并配合斜坡卷积核提高VolumeLIC图象质量,显著增强空间深度感,并采用光线投射直接体绘制方法生成VolumeLIC图象,另外,针对循环动画的突兀现象,提出HRCK（Hanninged RampConvolutionKernel)法生成流场的VolumeLIC循环动画,提出VolumeLICProbe交互洞察三维矢量场内部信息,通过实例表明,本文所提方法具有良好的可视化效果,交互方便,并已应用地幔可视化等领域。     

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.     

基于非线性渐变式颜色映射的LIC改进算法

线积分卷积（LIC）算法展现的纹理反映了整个矢量场的方向结构,但却不能展现矢量场的强度大小。针对此问题提出基于非线性渐变式颜色映射的LIC改进算法,将矢量场强度与白噪声结合作为LIC的输入纹理,运用FastLIC思想并划分纹理区域同步执行LIC运算来提高算法效率;再将矢量场强度作非线性变换,根据渐变式颜色映射方案使用OpenCV处理引擎并行实现矢量场强度的颜色映射; 最后由LIC得到的灰度纹理和颜色映射结果确定合成系数并构造累计函数增强两者结果,再进行线性合成运算得到最终的可视化效果。在对全球海洋流场和风场两种典型的矢量场进行可视化以及与其他算法对比实验表明,改进算法得到的可视化效果纹理清晰,较好地展示出矢量场的方向和强度,能够更准确地反映矢量场的全方位信息和局部变化情况。     

基于平面矢量场的可视化方法的研究

平面矢量场可视化是科学计算可视化的重要研究内容。矢量场以直观的图形图像显示场的运动,透过抽象数据有效洞察其内涵本质和变化规律,广泛应用于计算流体力学、航空动力学、大气物理和气象分析等领域。对平面矢量场进行可视化的方法有很多种,常见的有点图标法、流线法、线积分卷积法和拓扑分析法等。论文主要研究常见的可视化方法,分析它们的性能,并通过实际的例子,对具体的可视化结果图像进行比较。通过该研究,能够给人们在选择可视化方法时提供依据。     

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。     

基于平面矢量场的可视化方法的研究

平面矢量场可视化是科学计算可视化的重要研究内容.矢量场以直观的图形图像显示场的运动,透过抽象数据有效洞察其内涵本质和变化规律,广泛应用于计算流体力学、航空动力学、大气物理和气象分析等领域.对平面矢量场进行可视化的方法有很多种,常见的有点图标法、流线法、线积分卷积法和拓扑分析法等.论文主要研究常见的可视化方法,分析它们的性能,并通过实际的例子,对具体的可视化结果图像进行比较.通过该研究,能够给人们在选择可视化方法时提供依据.     

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。     

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.     

铅笔画的自适应LIC绘制方法

提出一种非真实感铅笔画的绘制方法,通过对图像的亮度分量计算切矢量场,获得图像的结构矢量场。根据矢量场和图像分割后的局部特征产生可变的积分步数和纹理走势。利用线积分卷积方法,自适应地处理图像。将绘制结果和通过霓虹处理得到的轮廓效果相结合。实验结果表明,该方法能够根据图像的细节丰富情况模拟铅笔画的艺术风格,并且生成速度较快。     

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。     

Animation of orthogonal texture patterns for vector field visualization

This paper introduces orthogonal vector field visualization on 2D manifolds: a representation by lines that are perpendicular to the input vector field. Line patterns are generated by line integral convolution (LIC). This visualization is combined with animation based on motion along the vector field. This decoupling of the line direction from the direction of animation allows us to choose the spatial frequencies along the direction of motion independently from the length scales along the LIC line patterns. Vision research indicates that local motion detectors are tuned to certain spatial frequencies of textures, and the above decoupling enables us to generate spatial frequencies optimized for motion perception. Furthermore, we introduce a combined visualization that employs orthogonal LIC patterns together with conventional, tangential streamline LIC patterns in order to benefit from the advantages of these two visualization approaches. In addition, a filtering process is described to achieve a consistent and temporally coherent animation of orthogonal vector field visualization. Different filter kernels and filter methods are compared and discussed in terms of visualization quality and speed. We present respective visualization algorithms for 2D planar vector fields and tangential vector fields on curved surfaces, and demonstrate that those algorithms lend themselves to efficient and interactive GPU implementations.     

Comparing 2D vector field visualization methods: a user study

We present results from a user study that compared six visualization methods for two-dimensional vector data. Users performed three simple but representative tasks using visualizations from each method: 1) locating all critical points in an image, 2) identifying critical point types, and 3) advecting a particle. Visualization methods included two that used different spatial distributions of short arrow icons, two that used different distributions of integral curves, one that used wedges located to suggest flow lines, and line-integral convolution (LIC). Results show different strengths and weaknesses for each method. We found that users performed these tasks better with methods that: 1) showed the sign of vectors within the vector field, 2) visually represented integral curves, and 3) visually represented the locations of critical points. Expert user performance was not statistically different from nonexpert user performance. We used several methods to analyze the data including omnibus analysis of variance, pairwise t-tests, and graphical analysis using inferential confidence intervals. We concluded that using the inferential confidence intervals for displaying the overall pattern of results for each task measure and for performing subsequent pairwise comparisons of the condition means was the best method for analyzing the data in this study. These results provide quantitative support for some of the anecdotal evidence concerning visualization methods. The tasks and testing framework also provide a basis for comparing other visualization methods, for creating more effective methods and for defining additional tasks to further understand the tradeoffs among the methods. In the future, we also envision extending this work to more ambitious comparisons, such as evaluating two-dimensional vectors on two-dimensional surfaces embedded in three-dimensional space and defining analogous tasks for three-dimensional visualization methods.     

Fermi架构下超声成像组织运动可视化并行算法

在临床超声实时成像系统中组织运动情况是医生想要获取的重要诊断信息, 例如心脏运动. 基于线积分卷积的二维矢量场可视化技术可以同时展现运动矢量场的强度和方向. 但这一算法在处理时涉及大量的复杂计算, 尤其是流线追踪处理部分, 使其成为临床实时成像系统中的一大性能提升瓶颈. 为此研究并提出了一种基于新兴的高性能并行计算平台Fermi架构GPU(graphics processing unit图形处理单元)的并行运动可视化算法. 数据测试结果显示, 与基于CPU的实现相比, 采用Fermi架构的GPU处理不仅可     

基于Web的风场三维动态可视化设计与仿真

针对在Web端难以快速直观表达风场问题,提出一种基于Web的风场三维动态可视化设计与仿真方法。首先,为解决风场数据不易获取、处理不便问题,给出风场数据的获取、转换、应用流程。其次,设计使用Web Worker多线程技术并行计算生成流线的方法,减少风场流线寻迹生成时间,提高流线生成效率。然后,结合颜色映射技术,设计对流线进行Alpha颜色通道动态修改的方法,以表征风场动态流动。最后,扩展基于WebGL的可视化引擎Cesium进行风场三维可视化渲染,直观表达风场。结果表明,该方法能有效提高在Web端进行风场可视化仿真的效率,可为防风减灾提供支撑。     

一种非结构矢量场的线卷积积分方法

传统的结构化LIC方法不适用于非结构矢量场数据处理的主要原因有两个，一是矢量幅度的表现力不强，二是因分辨率等因素无法有效地应用于采样点位置随机的矢量场．为解决上述问题，可以采用如下方法：在DDA曲线的生成过程中，采用基于数值的计算方法替代结构化LIC中基于网格的计算方法，从而有效地保证了处理结果的分辨率；在DDA曲线的卷积积分（LIC）处理过程中，采用区域标记的策略替代快速LIC方法中的线标记策略，一方面，因为被标记的采样点不再作为以后各轮DAA曲线生成的起始点，从而可以有效地减少计算量；另一方面，区域标记方法能够使LIC处理的结果稀疏化，表现为矢量场中幅度大的区域矢量线密集，而幅度小的区域矢量线稀疏，从而有效地提高矢量场幅度、结构的表现力．     

一种新的平面矢量场可视化方法

矢量场可视化是科学计算可视化的重要组成部分。提出了一种新的平面矢量场可视化方法，该方法利用局部区域内流线的近似平行性，将种子点的影响范围扩大，使一条流线能够覆盖与其平行的相邻的几条流线上的点，同时对流线之间进行调和，使流线间比较平滑。由于该方法一条流线上覆盖了更多的点，提高了计算速度，可达到交互可视化的要求。并将几种方法的结果图象进行了比较。