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。     

基于信息熵的流场定向线积分卷积算法

流场可视化是对流场数据进行直观分析的一种新的可视化技术,而定向线积分卷积（OLIC）算法作为一种经典的纹理可视化方法,使用该算法能明显地观察出流场方向流动的演化。为了优化可视化效果,提出了一种基于信息熵的OLIC算法。首先,基于流场矢量数据生成基于信息熵的稀疏噪声;然后,采用斜坡卷积核函数对输入纹理进行卷积计算;最后,通过计算输出纹理图像中每一个像素点的灰度值,得到最终的OLIC纹理图像。所提算法可以根据熵值在临界点区域和非临界点区域自适应地生成流线。其中临界点区域含有流场的重要信息,选择密集绘制;而在非临界点区域则选择稀疏绘制。通过在不同区域绘制不同密度的流线,所提算法节省了计算成本;与普通OLIC算法相比,所提算法的绘制速度至少提升了18.6%;在可视化效果方面,所提算法优于普通的全局绘制,使用所提算法能更仔细地观察特征区域。     

基于分数阶微分的流线增强方法

为增强流线间强度对比,提高矢量场可视化效果,提出了一种基于分数阶微分滤波的流线增强方法.该方法通过构造分数阶微分算子,对卷积纹理在垂直矢量方向上进行分数阶微分滤波,增强了矢量线间的对比,改善了图像质量.实验结果表明,该方法能有效地增强矢量场流线可视化效果,为分析流场特征提供帮助.     

基于矢量线强化的增强型2维流场实时绘制

在流场绘制中,合理地结合矢量场的多种属性有助于矢量场的特征分析,据此提出了一种基于矢量线强化的增强型2维流场实时绘制算法。通过对流场的一些标量属性如大小、角度和曲率进行色彩映射,该算法不仅可以清晰显示流场运动方向,而且能显示矢量场的多种属性,有助于了解流场矢量特征分布和主要拓扑结构。该算法采用了一种矢量线强化策略,即通过对卷积纹理在垂直矢量方向上进行1维高通滤波,增加了矢量线间的对比,改善了图像质量。利用现代图形卡的可编程能力,该算法可以在微机上达到实时绘制性能。     

增强纹理平流算法研究

当以纹理方式可视化三维矢量场时,纹理卷积会降低矢量纹理脉的对比度,容易出现平流纹理细节模糊与粗糙的问题,为此提出一种增强纹理平流算法.首先通过自定义球体半径确定任一噪声点的邻近点,利用当前噪声点与邻近点间的位置关系计算噪声伪梯度,以测试矢量场局部区域内的变化趋势,选取伪梯度的最大下降幅度参与纹理平流;然后根据任一平流位置处的噪声值对最终输出纹理的贡献度自适应调整噪声权重;最后引入盒型滤波递归合成平滑算子进行纹理卷积来生成矢量体纹理.算法的有效性根据可视化对比度的量化分析函数进行客观评价.实验结果表明,该算法能够有效地增加纹理平流踪迹间强度对比,改善绘制效果,高质量地显示三维矢量场的纹理分布.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

基于纹理合成的向量场可视化

在纹理合成过程中利用向量场作为指导,生成反映向量场大小和方向变化的合成结果.采用块纹理合成的流程,在对向量场合成块均匀划分的基础上,通过进一步的自适应分割,将向量场划分成为不同大小和不同形状的最终合成块,使之与向量场的变化趋势相吻合.对向量变化过于剧烈的区域,则采用点合成的方式进行纹理合成,以保证合成效果的平滑.实验表明,文中的方法可以实现快速而高质量的向量场可视化.     

Efficient level of detail for texture‐based flow visualization

In this paper, we present an efficient level of detail algorithm for texture‐based flow visualization. Our goal is to enhance visual perception and performance and generate smooth animation. To achieve our goal, we first model an adaptive input texture taking into account flow patterns to output view‐dependent high‐quality images. Then, we compute field lines only from sparse sampling points of the input noise texture for outputting volume line integral convolution textures and skip empty space utilizing two quantized binary histograms. To improve image quality, we implement anti‐aliasing through adjusting the line integral convolution step size and thickness of trajectory lines with an opacity function. We further extend our solution to unsteady flow. Flow structures and evolution are clearly shown through smooth animation achieved with coherent evolution of particles, handling of discontinuous flow lines, and spatio‐temporal linear constraint of the underlying noise volume. In the result section, we show high‐quality level of detail of three‐dimensional texture‐based flow visualization with high performance. We also demonstrate that our algorithm can achieve smooth evolution for unsteady flow with spatio‐temporal coherence. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

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