改进的用于三维矢量场可视化的VolumeLIC算法

用于三维矢量场可视化的VolumeLIC算法比较耗时,而且生成的图像无法洞察场的内部信息,场的方向性也不明显。针对以上缺点,对原始VolumeLIC算法做了改进,它不同于以往的算法要计算整个矢量场,而是选取场中的部分点作为种子点,从这些点出发积分生成流线,对这些线上的点用VolumeLIC算法生成最终图像。实验结果表明,改进后的算法大幅提高了运算速度,并且空间方向感明显增强。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于GPU的风暴数据场多维纹理混合绘制

在气象领域,三维风暴数据场可视化是风暴监测及灾害预测的重要技术手段之一。可视化效率及质量直接影响到风暴体分析研究的准确性和时效性。针对传统的二维、三维纹理映射体绘制方法进行了研究,提出了一种基于GPU的风暴数据场多维纹理混合绘制技术。该方法采用了三维纹理存储风暴数据场并结合代理几何体动态生成方法,克服了传统方法中纹理数据冗余的问题,并保证了模型的三维交互流畅性。该方法中提出的纹理映射光滑重采样策略,显著提高了风暴体模型显示效果,并在一定程度上避免了CPU-GPU通信瓶颈。     

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.     

3DGIS中空间数据可视化的研究与应用

空间数据可视化是当前3DGIS领域的研究热点之一。提出了一种面向对象的空间数据可视化模型，基于金字塔模型来组织和调度DEM（数字高程模型）、DOM（数字正射影像）等栅格数据，并引入矢量数据参数化3D建模思想，实现了矢量地物数据的三维建模与可视化。在此基础上，借助虚拟现实技术，基于OpenGL实现了一个3DGIS原型系统，具备空间数据的真实感可视化表达、3D场景实时漫游、交互查询等功能。最后给出了基于该原型系统为军事与民用领域开发的应用实例。     

基于VTK的电磁场三维可视化研究及实现

针对在三维电磁场可视化过程中面临的电磁数据的多样性和数据映射的多样性问题，分析了电磁场三维可视化的主要流程和电磁场数据集，并引入三维可视化类库VTK。利用VTK类库良好的封装性，采用Marching Cube和Hedgehog建模，分别实现了电磁标量场和电磁矢量场的三维可视化。     

3维模型形状相似性比较算法综述

随着3维模型使用得日益广泛,对3维模型检索系统的研究,近年来日益受到了国内外广大研究人员的关注。3维模型形状相似性比较算法是3维模型检索系统的主要研究问题之一,很多学者对其进行了深入的研究并提出了很多算法。为了使人们对该领域现状有个概略了解,首先介绍了3维模型检索系统,同时回顾了近几年来3维模型检索技术的发展概况,并且从3维模型检索系统实用性的角度分析了3维模型形状相似性比较算法所应该具备的特点;然后对3维模型形状相似性比较算法进行了分类综述,同时分析了它们的特点,并对其中的一些算法进行了检索对比实验;最后归纳了3维模型形状相似性比较算法研究所面临的困难和挑战,指出了进一步研究此问题的发展空间,并对此问题进行了展望。     

Time-Dependent 2-D Vector Field Topology: An Approach Inspired by Lagrangian Coherent Structures

This paper presents an approach to a time-dependent variant of the concept of vector field topology for 2-D vector fields. Vector field topology is defined for steady vector fields and aims at discriminating the domain of a vector field into regions of qualitatively different behaviour. The presented approach represents a generalization for saddle-type critical points and their separatrices to unsteady vector fields based on generalized streak lines, with the classical vector field topology as its special case for steady vector fields. The concept is closely related to that of Lagrangian coherent structures obtained as ridges in the finite-time Lyapunov exponent field. The proposed approach is evaluated on both 2-D time-dependent synthetic and vector fields from computational fluid dynamics.     

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VTK的肝脏组织三维可视化体绘制

医学体数据可视化在临床上已成为辅助诊断和辅助治疗的重要手段,其技术也成为近年来研究和应用的热点。其中讨论了体绘制算法中最常用的光线投射法,并利用Visualization Tool Kit（VTK）,一个包含了多种体绘制技术的基于面向对象方法设计的、功能强大的可视化类库,来实现断层医学图像的三维重建,重建效果表明基于VTK的体绘制技术具有应用灵活、重建效果逼真、重建速度较快等优点。     

A new vector field distance transform and its application to mesh processing from 3D scanned data

In this paper we define a new 3D vector field distance transform to implicitly represent a mesh surface. We show that this new representation is more accurate than the classic scalar field distance transform by comparing both representations with an error metric evaluation. The widely used marching cube triangulation algorithm is adapted to the new vector field distance transform to correctly reconstruct the resulting explicit surface. In the reconstruction process of 3D scanned data, the useful mesh denoising operation is extended to the new vector field representation, which enables adaptive and selective filtering features. Results show that mesh processing with this new vector field representation is more accurate than with the scalar field distance transform and that it outperforms previous mesh filtering algorithms. Future work is discussed to extend this new vector field representation to other mesh useful operations and applications.     

用图象平面分割方法实现非规则数据场体绘制

本文给出了一种对非规则数据场进行体绘制的方法。该方法具有自适应性。文中给出了实现方法及结果。     

基于MC的医学三维等值面的平滑与归并

为了提高医学三维图象的重建效果和速度,在对用于构造等值面的MC（Marching Cubes）算法进行分析的基础上,提出了对等值面进行三维空间方向平滑和多边形法形法向归并的方法。等值面方向平滑的方法就是将等值面分解为一个三维坐标场和一个法向矢量场,然后对其法向矢量场作矢量平滑处理;而等值面的多边形法向归并则是根据适当的门限值,将原来由大量小三角面片构成的等值面归并成由较少的多边形面片构成的等值面。实验结果表明,该方法能显著改善三维重建的效果,并能提高三维绘制的速度。