基于流线的流场可视化绘制方法综述

流场可视化是科学计算可视化中一个重要的分支,主要对计算流体动力学的模拟计算结果进行可视化,给研究人员提供视觉上直观可见的图形图像,方便研究人员进行分析.流场可视化的已知技术包括基于几何的方法(如流线和粒子追踪法)以及基于纹理的方法(如LIC、噪声点、IBFV等).流线可视化是流场可视化的一个重要且常用的几何可视化手段.在流线可视化的研究中,流线的放置是整个流线可视化的重点,流线的数目和位置影响了整个可视化效果.当流线放置过多时,会造成视觉的杂乱;而流线放置过少会使流场信息表达不完整,无法传递完整的信息给领域专家.为了实现对科学数据的精确显示,流线可视化产生了两个重要的研究方向:种子点的放置和流线的约减.文中介绍了种子点放置方法和流线的约减方法的相关研究,总结了在2D和3D流场上出现的一些问题和采取的解决方案,并针对日益增长的科学数据,提出流线可视化下一步需要解决的问题.     

VR 系统信息可视化模型

针对虚拟环境中用户认知负荷较重和资源分配不协调问题,综合分析了人脑认知 活动中信息的显性化表达,提出一种基于分布式认知的信息可视化资源模型。通过计算机感知 虚拟环境中用户动作、行为、任务等信息,依据资源分配方案确定资源和信息之间映射关系, 并以信息表象的形式贮存;通过对信息表象进一步精致化,实现交互界面视觉元素的优化布局; 本文结合眼动追踪设备对VR 系统原型进行可用性评估实验,实验结果表明该可视化模型能够 降低用户认知负荷,改善用户体验。     

基于信息熵种子点选取的流线可视化

有效的种子点选取方法是影响流线分布洞悉流场特性的关键。在保持流场变化规律与重要特征准确描述前提下,为了解决由过多流线所导致的遮挡与杂乱问题,提出了基于贪婪策略和蒙特卡洛的两种种子点选取方法。基于贪婪策略的种子点选取方法通过流场信息熵的计算,对流场中的关键特征具有高度敏感性。基于蒙特卡洛种子点选取方法根据均匀随机分布函数生成输入,基于信息熵计算输入点影响半径确定流线分布。通过多个数据集对两种选取方法实验,结果表明基于贪婪策略选取方法可高效捕获流场的关键特征,基于蒙特卡洛方法选取流线更加均匀,保持了流场全局变化规律,两种方法的结合得到更优化的流场可视化效果。     

三维流场的流线提取算法

为了有效地解决三维流场可视化中由于播种流线所产生的众所周知的遮挡和杂乱问题,呈现出清晰的流场模式与流场的重要特征,提出一种基于迭代最邻近点(ICP)与K均值聚类的流线提取算法.首先利用ICP算法实现流线间轮廓特征上的配准,并根据几何相似性进行排序;然后利用K均值聚类算法对流线分组;最后根据用户指定密度约简多余相似性流线,并以此结果重构矢量场来评价文中算法的精确度.将文中算法应用到多个数据集进行实验并与已有的流线分布的最新算法进行比较,结果表明,该算法能更有效地反映流场的关键特性,大大提高了三维流场数据集的可读性.     

VR技术在扎龙湿地三维洪水仿真系统中的应用

洪水可以补充湿地水源,但是如果利用不当,也会造成危害。因此将VR(虚拟现实)技术应用于扎龙湿地的洪水管理对于湿地的保护非常重要。使用VRML(虚拟现实建模语言)构建了湿地三维地形场景,采用水力学模型计算了扎龙湿地的洪水淹没数据,通过JavaApplet实现了基于网络的三维漫游、洪水信息查询、洪水淹没仿真等功能,建立了交互三维可视化仿真系统。结果表明,该系统可以取得较好的扎龙湿地三维显示效果,较准确地模拟洪水演进过程,对于湿地保护、湿地洪水管理与远程决策有着重要的意义。     

VR系统三维建模中细节水平分割的分析

在虚拟现实系统中，对三维图象的生成及显示速度提出了新的要求，由于人的眼睛对的细节反应随蹁的变化而不同，基于此特性，我们设立一模型。该模型随着距离的增大而逐渐降低其复杂度描述以加快图象生成速度。在保证物体的细节和视觉效果上。阐述了分割的方法以及分割与视距和物体的距离区间的划分方法的关系，并提出对物体在同一细节层次上进行分割处理的概念，同时还对分割的具体实施提供了算法。     

基于GIS和VR技术的三维城市规划系统的研究

本文介绍了GIS及VR技术在城市规划领域的应用。提出了数字三维城市规划系统的框架及介绍了各个模块的功能。通过在城市规划系统中的实际应用．探讨了数字城市技术在城市规划中的应用前景。     

SIMULINK动态系统三维仿真结果可视化的研究

简要介绍了MATLAB中的虚拟现实工具箱，针对当前SIMULINK模块仿真结果只适于显示二维图形的特点，提出了一种利用虚拟现实工具箱将虚拟世界引入SIMULINK动态系统仿真的方法，实现了三维空间的动态仿真显示，并给出了具体应用实例。     

空间电磁场三维可视化技术研究

为研究战场中典型电磁环境及其对低空巡航导弹的影响,将虚拟现实技术和三维场数据可视化方法结合在一起,通过在战场场景中重构三维等值曲面,把战场中典型电磁场计算模型得到的大量点数据转变成形象直观的,实时交互的三维图像信息,全面表现了战场的地理环境、电磁场的分布等情况,为战场决策和控制提供了依据和帮助.     

面向3D虚拟展示的软件定制化系统研究

针对传统三维虚拟展示软件中存在的编程过程复杂、开发周期长等缺陷,提出一个具有可定制性和扩展性面向虚拟展示的定制方法。该方法基于虚拟现实技术和软件大规模定制技术,设计面向虚拟展示的定制化系统架构;基于软件功能树对系统功能解耦,抽取可复用的公共模块实现参数定制化,封装为功能接口供系统调用;同时定义了系统的定制模板,以描述和配置应用系统的基本信息和个性化定制,从而满足不同企业产品虚拟展示功能定制需求。最后通过具体实例展示验证了该系统的有效性和实用性。     

虚拟现实技术在产品生命周期管理中的应用

虚拟现实技术是人们探索自然的一种重要的科学方法,它帮助人们更好地理解利用自然规律。在分析产品生命周期流程的基础上,对虚拟现实技术在产品生命周期的不同阶段的实践应用进行了例证分析,揭示VR技术的应用潜力和前景。     

用VRML实现晶粒三维形貌仿真结果可视化

该文以连续形核模型和晶粒的细胞生长法为基础,提出一种“晶界多边形逐个拓扑,晶粒形貌逐个构建”的三维仿真算法;采用面向对象的方法,在VC++6.0中完成了晶粒的三维形貌仿真;结合VRML的技术特点,将仿真结果自动转换为场景文件,并在浏览器中实现交互式的三维可视化。实验表明,所建仿真模型较好地模拟了三维多晶体组织,因此可为多晶材料显微组织的研究提供一种三维数字化模型。     

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。     

虚拟现实中虚拟场景的建模与协同控制

虚拟现实技术中场景的建模和控制是人们关注的焦点,协同技术可以大大提高群体协同工作的效能;为探讨在虚拟现实中高效的对虚拟场景进行建模和控制,应用协同技术思想,设计了一个虚拟协同交互系统,并在其基础上通过利用VRML和Java技术实现了一个融合了协同机制的虚拟就业市场系统。     

一种基于双幅图像的物体3维重建

随着虚拟现实技术的发展,对物体进行快速有效建模逐渐成为了研究热点。基于图像建模技术是一种有效的建模方法,其最大的优点是可以利用图像中的信息直接建立物体的几何模型,并且可以迅速构建出具有“照片级”真实感的3维模型。常规的方法是先求解摄像机内外参数,再求解空间中各点在世界坐标系下的位置。提出了一种基于两幅图像利用灭点性质进行建模的新方法。该方法首先利用灭点属性推导出了相机中心在世界坐标系下的坐标位置的解析表达式,再利用两幅图像之间的空间几何约束关系,从空间约束关系中反算出物体各点的空间位置从而重建出物体几何模型,最后进行纹理映射。在物体重建的过程中只利用到了相机内参数,而跳过了对相机外参数的标定,实验结果表明,该方法简单可靠,可用于实现对拥有规则表面的物体3维重建。     

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.