基于單元相關性與幾何形狀的流場數據可視化方法及其應用.pdf

1、本文在對科學計算可視化技術進行分析研究的基礎上，將它們應用于流場數據的分析處理之中。結合流場數據中物理量的屬性，采用了標量可視化技術和矢量可視化技術分別進行可視化分析處理。在運用標量可視化技術的過程中，分析了傳統(tǒng)等值線提取的網格序列法，在此基礎上提出了基于三角網格的等值線提?。煌瑫r為了幫助分析三維流場內部數據之間的特性，提出了采用任意平面對數據體空間進行剖切，以獲取任意剖面數據云圖顯示來反映數據體空間內部規(guī)律的方法；對于流場等值面提取，

2、在分析研究了Marching Cubes算法的基礎上，針對該算法中沒有利用相鄰單元體之間共享信息的缺點，提出了基于單元邊相關性和閾值映射的等值面加速提取算法。在運用矢量可視化技術的過程中，采用了基于幾何形狀的方法來進行可視化。針對點圖標映射中的缺陷，提出了相關的改進措施并實現(xiàn)了流場矢量數據的箭頭映射、矢量數據的流線提取方法。最后，應用本文中提到的若干可視化技術，結合項目實際開發(fā)了流場數據處理可視化系統(tǒng)，并通過應用數據實例測試了軟件的有效

3、性和正確性。 全文的組織結構： 第一章，首先介紹了科學計算可視化技術的相關內容，在此基礎上將科學計算可視化技術引入到流場數據的研究中來；論述了流場可視化技術的發(fā)展經歷以及流場可視化技術的研究現(xiàn)狀，總結了流場可視化的一些研究成果；最后闡述了本文的研究內容及總體框架。 第二章，從可視化數據獲取的角度出發(fā)，簡單介紹了流場數據的網格類型、流場數據的預處理以及計算機內部流場數據的存儲和獲取方法。在此基礎上針對本文的研究介紹

4、了應用系統(tǒng)中標量數據(如溫度、壓力)的格式以及矢量數據(如速度)的格式。 第三章，采用了等值線和云圖的方法對流場中的標量數據進行可視化。結合網格序列法提取等值線的思想，將矩形網格內等值線提取轉換成三角形內等值線的提取，解決了等值線二義性問題。提出了采用任意平面對數據體空間進行剖切，以獲取任意剖面數據云圖顯示來反映數據體空間內部規(guī)律的方法，該算法不僅可以快速地生成空間實體任意剖面上的等值線和云圖，而且還可以細化剖面上數據，更加準確

5、地表達實體內部數據之間的分布。 第四章，采用了提取等值面的方法對流場中的標量數據進行可視化。在分析研究了Marching Cubes算法的基礎上，針對該算法中沒有利用相鄰單元體之間共享信息的缺點，提出了基于單元邊相關性和閾值映射的等值面加速算法及相應的數據結構。單元相關性利用了單元的一邊可能被多個單元所共用的特點，從而減少等值面提取過程中重復計算。閾值映射則是利用單個單元8個頂點的物理量區(qū)域與整個數據體物理量值區(qū)域之間的關系，提

6、高了空間數據的遍歷速度，減少了邊界體素的搜索時間。 第五章，采用了基于幾何形狀的映射方法對流場中的矢量數據進行可視化。分析了幾何形狀中點圖標方法的原理和缺陷，提出了解決點圖標可能造成的圖像混亂的兩種方法，并采用OpenGL實現(xiàn)了點圖標的映射繪制。同時采用了基于多種數值積分方法的流線生成技術對流場矢量數據進行流線的提取。 第六章，在對本文上述章節(jié)中提到的可視化方法進行分析的基礎上，結合面向對象技術、可視化技術、計算機圖