基于矢量场的二维区域全自动四边网格生成

为了实现任意二维几何模型的高质量分块结构四边形网格自动生成,提出一种基于矢量场的二维区域全自动分解方法.首先利用边界元法求解拉普拉斯型控制方程,获取一个反映模型边界几何特征、覆盖整个问题域的矢量场;然后结合矢量与标架的映射关系,将计算得到的矢量场转化为标架场;最后通过分析标架场的奇异结构将问题域分解成多个四边子区域,并在每个子区域利用映射法生成高质量的结构四边形网格.通过复杂区域的网格生成实例,验证了该方法的有效性和可靠性.     

基于Normalized cut的矢量场分割方法

基于Normalized cut的矢量场分割方法融合了格林函数和Normalized cut两种基本技术,即先用格林函数和初始矢量做卷积得到可保持其拓扑结构的标量场,再用Normalized cut方法对标量场进行分割,最后将分割好的标量场对应映射到初始矢量场中,以完成矢量场的分割.这种基于Normalized cut方法的特点就是分割时能综合考虑矢量场的整体特征和局部特征,由于利用矢量场潜在的拓扑结构可把在某一奇异点周围的矢量划分到同一个区域中,因此可达到最佳分割效果.     

二阶多面体网格中关键特征控制的表面重建技术

针对基于二阶多节点多面体网格的表面重建过程中存在的准确拓扑及绘制、传输代价等问题,提出了一种基于关键特征控制的表面重建技术.研究并分析了二阶多节点多面体单元等参插值函数的性质特征,在网格单元棱边插值计算曲面轮廓点,在网格表面及体内提取曲面的几何特征关键点;根据3类插值关键点间的逻辑关系制定了令拓扑准确唯一的面片三角化规则及修复策略,设计了基于关键点的三角面片压缩索引结构.实验结果表明,该方法可准确计算并描述基于二阶多节点多面体网格单元的曲面几何拓扑结构,反映网格单元内部面片的真实凹凸性质,克服了拓扑二义性,具备对不同精度要求的适应性,并有效降低了绘制与传输代价.     

基于“几何-拓扑”迭代优化的三维网格模型修复算法

针对三维网格模型孔洞保特征修复问题,提出一种基于"几何-拓扑"迭代优化的三维数据修复算法.给定残缺的三角网格模型,首先识别孔洞区域,利用动态规划方法对孔洞区域进行初始的三角剖分,赋予孔洞区域拓扑连接关系;然后识别孔洞边界一对特征点,基于特征点及其法向粗略拟合特征曲线,在特征曲线的指导下调整孔洞局部的拓扑结构,即孔洞区域拓扑连接关系优化;最后基于孔洞及其N环邻域构建保特征的局部总变分能量函数,迭代求解孔洞及其邻域的顶点几何位置,即局部顶点几何位置的优化,重复局部拓扑连接关系优化和顶点几何位置优化,直到拓扑结构优化处理中不再发生连接关系调整,即完成了三维网格模型的修复.在现有的完整三维网格模型上人为去除部分构造带孔洞的残缺模型,以此作为数据,与其他修复算法进行对比实验的结果表明,所提算法可以有效地恢复孔洞区域的显著特征,并且在修复时间和误差统计上占有明显优势.     

一种提取物体线形骨架的新方法

提出了一种提取物体线形骨架的新方法. 该方法首先计算物体距离变换的梯度, 从而得到一个矢量场. 距离变换的梯度对提取物体线形骨架具有重要意义, 可据此获得物体内部的关键点, 其中每一个关键点代表了物体的一个凸部分. 之后, 用搜索梯度最短路径的方法连接关键点, 得到物体的线形骨架. 本文方法得到的线形骨架能很好地反映物体拓扑和形状特征, 并不易受边界噪声干扰. 此外, 本文方法克服了基于距离变换的骨架提取算法的固有缺点, 获得了具有良好连通性的骨架. 因此, 基于本文方法得到的骨架能用于物体识别和匹配等领域. 对大量二维、三维物体的实验取得了令人满意的效果.     

二维自适应前沿推进网格生成

针对二维平面问题,通过曲率计算和基于中轴理论的邻近特征计算控制区域边界曲线的离散;修改经典的前沿推进算法,利用边界驱动的单元尺寸控制方式在区域内部布置疏密过渡合理的三角网格;结合几何和拓扑策略提升网格质量。实验表明,上述算法可生成单元质量高、尺寸过渡合理的计算网格。     

后台阶流动的非均匀格子Boltzmann方法模拟

使用非均匀格子Boltzmann方法对后台阶流动进行了数值模拟.将流体流动区域划分为不同的子区域:对于每个子区域内部,分布函数使用均匀网格计算;对于区域边界,分布函数采用嵌套网格方法进行处理.数值计算结果与其它实验、数值结果相吻合.     

一种保留特征的网格简化和压缩递进传输方法

针对数字博物馆中三维藏品网络传输及传输过程中藏品特征保留的需要,提出了一种保留拓扑及纹理特征的网格简化方法,在三角形折叠简化算法的基础之上,通过引入边界三角形和色异三角形等概念,对误差矩阵的计算和误差控制方法进行了改进,保留了原始模型的几何边界和纹理属性等特征信息;并结合递进网格和压缩编码,构造了基于八叉树编码的递进网格文件,从而实现了基于网络的三维模型递进传输系统.     

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.     

使用Voronoi图对流场拓扑区域进行划分

特征可视化中的拓扑结构分析法,能够快速的显示流场的全局结构,在侧重于考虑流场的特殊结构时显示出了较大的优越性。但是在很多情况下,仅仅显示流场的结构还不够,还需要更详细的知道拓扑场中每个区域的作用范围。传统的方法都是根据特征矢量的虚部来判断拓扑区域的作用范围,这种方法太过于概括,区域大小只是相对的,没有考虑到附近临界点对周围流体运动的影响。为了能更真实的反映临界点对周围流运动的影响,论文提出使用Voronoi图来划分拓扑区域的作用范围,并将该方法应用于海洋流场。同时也与传统的特征矢量方法进行了对比,实验表明,取得了较好的效果。     

FIRST: a flexible and interactive resampling tool for CFD simulation data

We introduce a flexible, variable resolution tool for interactive resampling of computational fluid dynamics (CFD) simulation data on versatile grids. The tool and coupled algorithm afford users precise control of glyph placement during vector field visualization via six interactive degrees of freedom. Other important characteristics of this method include: (1) an algorithm that resamples any unstructured grid onto any structured grid, (2) handles changes to underlying topology and geometry, (3) handles unstructured grids with holes and discontinuities, (4) does not rely on any pre-processing of the data, and (5) processes large numbers of unstructured grid cells efficiently. We believe this tool to be a valuable asset in the engineer's pursuit of understanding and visualizing the underlying flow field in CFD simulation results.     

基于CFD/CSD方法的亚音速平板结构气动弹性分析

采用CFD/CSD双向流固耦合算法研究平板结构的气动弹性耦合特性.首先,采用CFD/CSD算法计算平板结构的颤振临界速度,并与已有文献中的实验结果进行比较验证.然后,分别对简支和固支边界条件的三维平板结构进行气动弹性特性分析,计算不同约束情况下流场分布的变化和平板结构的位移响应.同时还考虑加肋和结构材质对平板结构气动弹性特性的影响.     

智能探头式大气数据传感器的应用研究

智能探头式大气数据传感器通过测量飞行器表面及附近区域的总压和静压,经大气数据计算机的解算后,得到迎角、速度和高度等参数.对飞行器表面及其周围流场的正确预测和细致分析,是确定智能探头安装位置以及校准算法的关键基础.以某型民用运输飞机为背景,采用计算流体力学技术分析飞机流场,对智能探头式大气数据传感器的安装位置选择以及位置误差修正进行了实例研究.地面试验的结果表明所采用的方法可靠、智能探头的安装位置合理、修正算法准确度高.     

Fluent软件特点及在室内温度计算中的应用

Fluent是目前应用广泛的流体力学计算软件,Fluent主要用来模拟温度场、气流场的分布状况.应用Fluent软件对住宅室内温度进行了数值模拟,给出了散热器不同位置时的温度和风速可视化图像.     

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     

三维烟雾的实时模拟

提出了一种基于流体力学方程并采取欧拉法实时模拟三维真实感烟雾的算法。通过Navier-Stokes方程建立烟雾流场的物理模型,以保证视觉的真实感。为了保证运算的实时性,烟雾流场划分为三维网格空间,并将烟雾速度场的分布定义于每个立方网格单元的中心点;通过线性插值获取整幅图像中每个像素的烟雾浓度。将烟雾模拟技术用于图像的显示特技中,以产生图像消散成烟雾的视觉效果,得到了比较满意的模拟效果。     

Mesh-driven vector field clustering and visualization: an image-based approach

Vector field visualization techniques have evolved very rapidly over the last two decades, however, visualizing vector fields on complex boundary surfaces from computational flow dynamics (CFD) still remains a challenging task. In part, this is due to the large, unstructured, adaptive resolution characteristics of the meshes used in the modeling and simulation process. Out of the wide variety of existing flow field visualization techniques, vector field clustering algorithms offer the advantage of capturing a detailed picture of important areas of the domain while presenting a simplified view of areas of less importance. This paper presents a novel, robust, automatic vector field clustering algorithm that produces intuitive and insightful images of vector fields on large, unstructured, adaptive resolution boundary meshes from CFD. Our bottom-up, hierarchical approach is the first to combine the properties of the underlying vector field and mesh into a unified error-driven representation. The motivation behind the approach is the fact that CFD engineers may increase the resolution of model meshes according to importance. The algorithm has several advantages. Clusters are generated automatically, no surface parameterization is required, and large meshes are processed efficiently. The most suggestive and important information contained in the meshes and vector fields is preserved while less important areas are simplified in the visualization. Users can interactively control the level of detail by adjusting a range of clustering distance measure parameters. We describe two data structures to accelerate the clustering process. We also introduce novel visualizations of clusters inspired by statistical methods. We apply our method to a series of synthetic and complex, real-world CFD meshes to demonstrate the clustering algorithm results.     

基于DLM法与CFD法的飞机平尾气动力计算比较

为提高飞机平尾的结构计算精度,利用HyperMesh同时建立结构网格与流场网格,在翼面结构与流场中物面节点坐标位置完全相同的情况下,分别采用偶极子格网法(Double-Lattice Method,DLM)与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)法计算飞机平尾负攻角变化时的升力变化情况.在HyperMesh中建立平尾有限元模型和流体模型,用FLUENT计算气动升力,用MSC Nastran进行静力分析.计算结果与实验结果的对比表明DLM更快,CFD法更精确,所以可以在翼面设计初期用DLM计算翼面载荷,在翼面设计后期用CFD法计算翼面载荷.     

基于PVM的三维矢量场流面构造

文章提出一种三维矢量场自适应粒子跟踪快速算法和基于ＰＶＭ的流面并行计算策略。该算法采用改进的单元搜索方法,消除了原算法计算精度不高和流动特征容易丢失的缺陷。其自适应步长技术,在保证计算精度的前提下,大大减少了流线上的点数,提高了流面的生成速度。实践证明,这种基于ＰＶＭ的并行计算策略进一步加快了算法速度。     

Evenly Spaced Streamlines for Surfaces: An Image-Based Approach

We introduce a novel, automatic streamline seeding algorithm for vector fields defined on surfaces in 3D space. The algorithm generates evenly spaced streamlines fast, simply and efficiently for any general surface-based vector field. It is general because it handles large, complex, unstructured, adaptive resolution grids with holes and discontinuities, does not require a parametrization, and can generate both sparse and dense representations of the flow. It is efficient because streamlines are only integrated for visible portions of the surface. It is simple because the image-based approach removes the need to perform streamline tracing on a triangular mesh, a process which is complicated at best. And it is fast because it makes effective, balanced use of both the CPU and the GPU. The key to the algorithm's speed, simplicity and efficiency is its image-based seeding strategy. We demonstrate our algorithm on complex, real-world simulation data sets from computational fluid dynamics and compare it with object-space streamline visualizations.