三維矢量場可視化方法研究.pdf

1、近年來,在地學(xué)領(lǐng)域中,包括地質(zhì),水文,氣象,流體動力學(xué),大地測量等,關(guān)于三維空間信息的研究與日俱增。三維可視化作為獲取信息最直觀快捷的方式,在信息表達(dá)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。矢量場描述了許多非常重要物理現(xiàn)象。矢量場可視化是理解矢量場運(yùn)動規(guī)律的有力工具,在科學(xué)計算和工程分析中發(fā)揮著重要作用,已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、天文氣象等領(lǐng)域。隨著計算流體力學(xué)的快速發(fā)展迫切需要一種能有效幫助研究人員分析理解大量數(shù)據(jù)集所蘊(yùn)含規(guī)律的技術(shù),特別是在工程計算、地學(xué)

2、領(lǐng)域,矢量場研究者需要耗時更少,性能更好的可視化方法。
　　 三維矢量場的可視化一直是矢量場可視化中的重點(diǎn)和難點(diǎn),目前能夠描述三維矢量場有點(diǎn)圖標(biāo)法、矢量線法、矢量面法、矢量管法等,點(diǎn)圖標(biāo)法能夠表現(xiàn)出矢量場的在三維空間中的運(yùn)動軌跡,但其無法體現(xiàn)出矢量場的整體特征。因此本文基于地學(xué)領(lǐng)域的三維可視化,針對地學(xué)機(jī)理與過程所產(chǎn)生的三維矢量場數(shù)據(jù),在對已有的三維矢量場算法的研究和實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,采用四面體多分辨率網(wǎng)格自適應(yīng)生成技術(shù)來進(jìn)一步提高

3、點(diǎn)圖標(biāo)法在進(jìn)行三維表達(dá)時的整體特征和質(zhì)量。同時實(shí)現(xiàn)了三維矢量場與標(biāo)量場的融合表達(dá)。具體成果包括以下方面:
　　 (1)四面體多分辨率網(wǎng)格自適應(yīng)生成根據(jù)模型計算和三維可視化的要求,基于網(wǎng)格離散方法的研究,提出了四面體網(wǎng)格自適應(yīng)生成算法,通過平面網(wǎng)格模型構(gòu)建、模型幾何特征識別、尺寸控制、模型自適應(yīng)平面網(wǎng)格生成、四面體多分辨率網(wǎng)格生成四個步驟實(shí)現(xiàn)對四面體多分辨率網(wǎng)格的自適應(yīng)生成,并應(yīng)用到太湖流場和濃度場的三維可視化中。
　　

4、(2)三維矢量場與標(biāo)量場的融合表達(dá)主要研究矢量場與標(biāo)量場融合表達(dá)的理論,點(diǎn)圖標(biāo)法、矢量線法、矢量面法、矢量管法的三維矢量場可視化表達(dá)及其與三維標(biāo)量場的融合表達(dá),使得三維矢量場和標(biāo)量場的三維可視化表達(dá)更加的清晰、直觀。
　　 (3)原型系統(tǒng)設(shè)計本文在研究基于地學(xué)的三維矢量數(shù)據(jù)場可視化算法的基礎(chǔ)上,基于.net和VTK來構(gòu)建三維矢量場可視化原型系統(tǒng)。
　　 通過實(shí)例證明本文所提算法可靠高效,可在一定程度上解決地學(xué)機(jī)理與過程模