基于GPU的非结构化网格数据体光照计算与实现方法

光照在提高体绘制质量方面发挥重要作用,而梯度计算是实现体光照的关键.与结构化网格相比,非结构化网格拓扑关系复杂,使得顶点梯度估计困难,采样点梯度计算复杂度高,且不易采用GPU加速,阻碍了算法的实时性.因此,绝大多数非结构化网格体绘制尚未添加体光照.本文提出一种高精度的非结构化网格顶点梯度计算方法:先采用格林公式估计单元...     

基于时空一致性的非结构化网格时变流场高效体绘制方法

时空一致性是时变流场的重要性质,也是加速时变数据可视化算法的关键.以硬件加速的光线投射算法(HRC)为框架,设计并实现了一种基于时空一致性的非结构化网格时变流场高效体绘制方法.首先提出一种分析非结构化网格单元和顶点数据时间一致性的方法,分别建立单元和顶点数据时间表,以降低绘制过程中的计算开销;然后设计一种单元和顶点数据相分离的GPU纹理结构,并采用一种小巧的单元梯度矩阵来降低显存开销;同时,设计了一种合理的数据调度策略,既能有效地避免绘制停顿,又使显存纹理结构更为紧致、高效.实验结果表明,该方法不仅明显地提高了绘制效率,而且具有更优显存空间利用率,能实现更大网格规模的非结构化网格时变流场数据体绘制.     

基于Python的海洋气象数据可视化技术研究

针对现有可视化方法在展示海洋气象数据时,存在可视化覆盖范围小、可视化数据量少的问题,文章提出基于Python的海洋气象数据可视化技术研究。对来自不同数据源、不同类型、不同格式的多源异构海洋气象数据,采用清洗、格式转换等方式实现同一化处理;绘制海洋气象数据体,并对其进行三维立体分割;利用Python技术,实现非结构化数据与结构化数据的可视化展现。实验结果表明,所提可视化方法可以实现对更大范围、更多数量的海洋气象数据的展示,具备更加理想的可视化效果。     

Windows环境下基于Qt的SEGY格式地震数据可视化

SEGY格式的地震数据以工作站存储方式存储,针对在非工作站环境下无法直接查看数据文件中的道头信息及采样数据.在Windows环境下以Qt为开发平台实现SEGY格式地震数据可视化,阐述地震数据的组成结构以及相关信息,给出具体应用实例.     

一种非规则数据场的体绘制算法

非规则数据场的体绘制是可视化的一个热点和难点。常用直接体绘制算法有光线投射法、单元投影法、快速体绘制算法。本文吸取了上述三种算法的优点,采用体元面投影的方法来确定光线路径;同时考虑到非规则数据场的一些特性,采取三个有效的措施大大加快了投影和求交速度;在采样中用分段积分法代替等距采样,从而进一步提高了图象质量。     

基于两级采样的非结构化网格流场多激波特征可视化方法

激波特征可视化是流场可视化的重要内容.目前主流的激波特征提取方法是先采用正则马赫数检测激波,再设计过滤算法去除噪声.已有方法在计算正则马赫数时,并未区分压力梯度和密度梯度;在过滤噪声时,有效性依赖于数据集本身,适应性和准确性差.当流场中存在强度不同的多激波特征时,往往在过滤噪声的同时也滤掉了"弱激波",且即便对于单激波特征,也常出现激波面不连通甚至断裂现象.论述了基于压力梯度计算正则马赫数的必要性;利用激波物理特性,结合光线投射算法优势,提出了一种基于两级采样的多激波特征可视化方法;并针对拓扑复杂的3D非结构化网格数据,在GPU上设计实现了算法.实验表明,该方法能自动识别并过滤噪声,即便对包含多激波特征的复杂流场,也具有很好的适应性和准确性,过滤效果明显优于已有方法,且对较大规模非结构化网格数据,绘制性能可满足实时交互.     

基于非结构网格隐式算法的GPU加速研究

针对非结构网格隐式算法在GPU上的加速效果不佳的问题,通过分析GPU的架构及并行模式,研究并实现了基于非结构网格格点格式的隐式LU-SGS算法的GPU并行加速.通过采用RCM和Metis网格重排序（重组）方法,优化非结构网格的数据局部性,改善非结构网格的隐式算法在GPU上的并行加速效果.通过三维机翼算例验证了本文实现的正确性及效率.结果表明两种网格重排序（重组）方法分别得到了63%和69%的加速效果提高.优化后的LU-SGS隐式GPU并行算法获得了相较于CPU串行算法27倍的加速比,充分说明了本文方法的高效性.     

基于卷积神经网络的天气雷达回波外推模型

常用天气雷达回波外推方法建立的天气雷达回波外推模型,设置编码器和预测器长度和步长偏小,导致模型外推预测天气精度低,于是提出基于卷积神经网络的天气雷达回波外推模型.转换雷达图像数据集坐标,计算天气变化粒子的经纬度值,修正天气变化粒子距离地面高度,预处理天气雷达图像数据;将卷积神经网络分为正向传播和反向传播两种,分别训练卷积神经网络数据传播过程;采用卷积层和采样层交替布置的方式,设置编码器和预测器长度和步长,建立天气雷达回波外推模型预测天气.实验结果表明:对比三组天气雷达回波外推模型,所设计模型具有较高的外推预测精度.     

特征抽象的直接体绘制方法

直接体绘制需要借助于传输函数,而设计一个有效的传输函数非常耗时且需要具备丰富的经验.为此提出一种不透明度自动调节的可视化方法.通过分析采样光线提取出数据的特征,并将这些特征抽象为不同层次的采样点,抽象采样点的不透明度根据采样光线上特征数的变化而改变;在保证最远抽象采样点可见度最大的前提下,推导并修改传统体绘制积分方程,得到基于抽象采样点的体绘制积分方程.实验结果表明,该方法不依赖于传输函数,能有效地展示体数据中的特征信息.     

针对全空子数据体的GPU体绘制方法

体绘制是三维数据可视化的主要方法之一。用于体绘制的数据体中包含有大量的空体素,导致光线投射算法进行没有意义的重采样计算,必然降低绘制算法效率。针对全空子数据体体绘制低效问题,本文提出基于GPU体高效绘制方法。利用八叉树数据结构组织数据,有效管理包含许多空体素的子数据体。通过绘制八叉树非全空叶子结点子数据体表面,使光线投射算法中起始和终止重采样位置更接近数据体中的可视部分,同时根据八叉树全空结点子数据体判定纹理查询结果,计算合适的跳跃步长,快速跳过八叉树中全空结点子数据体,减少无效重采样点。当数据体中空体素较多时,实现对原基于体包围盒表面绘制的GPU光线投射算法的加速。设计不透明度函数,凸显数据体中层位面,并将算法成功应用于地震数据可视化,取得很好应用效果。