基于时间延迟的矢量场可视化方法的应用研究

矢量场可视化是科学计算可视化中最具有挑战性的研究课题之一。该文提出了一种基于时间延迟逐步生成、绘制和显示流线的方法,从而把稳定的二维矢量场的拓扑结构、方向、速度等特征以动画的形式显示出来。实验证明此方法简单、直观、形象。     

矢量场可视化的研究现状与发展趋势

矢量场广泛存在于自然界并在科学计算和工程分析中扮演着重要的角色,试图为矢量场可视化研究领域提供一个清晰的概貌。阐述了矢量场可视化的基本流程,矢量场可视化的研究现状以及迄今为止的一些研究成果,并讨论了矢量场可视化的发展趋势及应重视的研究方向。     

二阶张量场可视化研究

1.引言当今科学计算可视化的研究对象主要集中在三维数据场的可视化,来源于有限元分析、流体力学、力场、医学、气象场、温度场中的许多三维体数据,它们可表示为分布于体空间的单值函数V=f(x,y,z),当V为标量时则为标量场,若V为矢量则为矢量场,若V为张量则为张量场。体数据场包含的信息量非常丰富,数据量也非常多,经过可视处理,借助计算机图形学的理论和数字图像技术,可直观地反映出数据场内部信息的分布规律以及变化过程。     

地下水空间信息可视化分析技术研究

将虚拟现实与可视化空间分析技术应用于地下水科学管理工作可以弥补传统技术在分析研究、辅助决策中的不足,发现仍有空间数据模型、空间数据库、合适的虚拟现实方法以及高效的可视化空间分析算法等问题有待解决。结合实际研究与应用工作,探讨了地下水及其赋存地质体的空间数据建模与数据库存储技术,基于OpenGL图形库实现了地下水、地质体、相关地表信息、等水位线、地下水流向等的3维可视化,设计并实现了基于纵断面快速生成算法的可视化空间分析功能。以苏锡常地区为研究示范区,开发了"苏锡常地区地下水空间信息可视化虚拟分析系统"软件,在实际地下水科学管理工作中取得了明显效果。     

二维爆炸与冲击的标量场可视化方法研究

该文针对爆炸与冲击数值模拟中压力数据的特点,给出了-标量场的可视化处理方法,即分类等分法和求模取余法;同时还给出两种方法对爆炸模拟实例的可视化处理结果,取得了比较满意的可视化效果,不仅有助于提高数据分析效率,还有助于观察物理模拟过程的发展变化情况。     

渗流场流线构造方法研究

流线是分析渗流场流体流动特性的一个非常重要的工具,其构造方法的研究已受到油藏工程师们的普遍关注。给出了基于约束Delaunay三角网格的等值线和流线生成算法。提出了一种新的计算渗流场压力梯度的方法,借助于“翼边”数据结构,设计了“指南针”算法加速流线的跟踪过程。实例表明,算法具有良好的时空效率,结果能够较为直观地反映出油藏流体在注采井间的运动轨迹。     

二维数据场的多投影面可视化方法

本文提出了一种对二维数据场进行多投影面显示处理的三维可视化方法。这种方法利用纹理映射的原理,采用传统的光照浓淡技术,可以生成平行投影和透视投影下的在平面、柱面、锥面、球面和曲面等多投影面上的三维可视化图像,以更全面地展现二维数据中所蕴含的信息。     

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。     

地下水模拟的可视化设计环境

通过对地下水数值模拟的研究分析，抽象出空间类层次结构，并提出了基于属性关系的宏观拓扑结构和基于同构或异构几何模型关系的微观拓扑结构。可变三角化算法的设计能够生成有效的有限元网格模型，为地下水建模奠定了基础，同时，三维空间拾取技术提供了一个友好的人机图形交互环境。     

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。     

实时的2D不稳定流场可视化算法

为了提高不稳定流场可视化结果的绘制质量和绘制速度,提出一种基于平流技术与纹理混合的不稳定流场可视化改进算法。算法分别通过图像平流来获得流场动画的时间一致性,通过质点平流来获得流场动画单帧图像的空间一致性,最后通过纹理混合使流场动画的时间、空间一致性统一起来。通过这种方式获得的流场动画纹理细节清晰、帧间过渡平滑,绘制速度较快,具有较高的时间、空间一致性,可以准确地反映不稳定流场的动态变化。     

基于粒子纹理融合的流场可视化方法

基于纹理的可视化方法可以描述流场的整体结构,但传统方法计算耗时,生成可视化图像对比度比较低。从加速可视化整体流程出发,提出了一种基于粒子纹理融合的流场可视化方法。此方法首先随机产生一组噪声图像作为初始粒子分布图,然后依次将初始粒子分布图与根据流动而变形的数据网格加权融合得到粒子轨迹图,最后一帧帧彼此相邻的粒子轨迹图组成一个流场的动态显示。该方法具有独立于流场数据、绘制速度快、生成图像对比度高的特点,参数物理意义明显,不同参数选择可得到不同视觉效果的可视化输出结果,能够充分利用现有硬件图形显示加速设备,已经被成功应用于空间晶体生长实验流场数据的可视化,获得了较好的效果。     

基于加权随机采样的流场可视化方法

在总结流场可视化方法的基础上,分析流场可视化的关键技术,提出一种基于加权随机采样的流场可视化方法。利用屏幕空间四叉树分割法定义屏幕横纵坐标的种子点选择概率模型,对种子点的随机选择进行加权引导,利用HTML5的Canvas特性实现流线的动态绘制,结合粒子系统实现流线的内存管理,整合一套有效的流场可视化方法。对比实验和三维GIS平台上的整合应用结果表明,该方法在有效展示整体流场的同时能够实现LOD方式的流场细节可视化展示。     

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。     

螺旋线多维可视化模型及其应用

提出一种新的多维数据可视化方法,将风暴潮的多维信息有效结合。该数据表示模型,将多维信息按照空间圆柱螺旋线的方式进行排列,提供用户参与选择的交互窗口,并利用空间螺旋线的重复性和独特的旋转特性,将该螺旋线坐标系上的坐标轴投影到二维平面或三维体上,从而实现多维数据的可视化分析。以2006年福建台风“珍珠”的原始观测数据为例进行测试,实验结果表明,该模型能有效地将风暴潮特性数据表示出来,为应急处理等提供直观、及时的信息服务,同时对进一步的分析提供有力帮助。     

数据可视化程序开发包Open Inventor及其应用

介绍TGS公司的面向对象数据可视化应用程序开发包Open Inventor的体系架构、组成、特点及其应用.Open Inventor工具包由3D场景数据库、对象组件库、操作库以及Xt窗口4部分组成;在Open Inventor场景数据库中有大量已定义好的三维场景数据,这使得Open Inventor具有功能强大、编程高效易用和应用程序交互界面友好的特点.在此基础上给出基于Open Inventor开发应用程序的关键步骤,并通过3个实例说明Open Inventor在化学,工业设计和地学数据可视化方面的应用.     

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.     

自适应颜色映射及其在空洞演化可视化中的应用

为了提升材料空洞演化的可视化效果，提出一种基于数据特征的自适应颜色映射方法。首先，在CIELAB颜色空间中选取若干控制点，形成初始颜色路径；然后，考虑数据特征值占比，根据色差均匀、亮度一致性等约束条件来优化控制点的位置，调整颜色路径，以满足控制点自适应跟随数据的要求；最后，通过均衡化算法来重映射感知差异总和的分布，优化颜色映射的感知均匀性来形成最终颜色映射图。实验结果表明，与以往仅考虑颜色空间、忽略数据多样性的传统颜色映射方法相比，所提方法充分考虑颜色配比、控制点个数、自适应因素，提升了可视化结果的特征可辨识性，并且保证了空洞演化可视化结果的感知均匀性，提高了可视化结果的准确性，缩减了观测有效信息所需时长。